武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计-10kw曲轴设计 - 图文 下载本文

武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书

4.3.发动机的转矩

单缸转矩:M?P??R?PL?sin(???)?R/cos?

在Excel表格中每隔曲轴转角取点,相关数据见附表2,经计算后如图【4-8】所示:

图【4-8】 转角-单缸转矩图

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5.曲轴组零件结构的设计

5.1.曲轴的工作条件、结构形式和材料的选择

5.1.1.曲轴的工作条件和设计要求

曲轴是在不断周期变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩(转矩和弯矩)共同作用下工作的,使曲轴既弯曲又扭转,产生疲劳应力状态。实践表明,对于各种曲轴,弯曲疲劳载荷具有决定性作用,而扭转载荷仅占次要地位(不包括因扭转振动而产生的扭转疲劳破坏)。

1)总结起来,曲轴的工作条件为:

(1)受周期变化的力,力矩共同作用,曲轴既受弯曲又受扭转,承受交变疲劳载荷,重点是弯曲载荷。曲轴的破坏80%是弯曲疲劳破坏;

(2)由于曲轴形状复杂,应力集中严重,特别是在曲轴和曲颈过渡的圆角部分; (3)曲轴轴颈比压大,摩擦磨损严重。 2)因此设计曲轴时要求: (1)有足够的耐疲劳强度。

(2)有足够承压面积,曲颈表面要耐磨。 (3)尽量减少应力集中。

(4)刚度要好,变形小,否则使其它零件的工作条件恶化。

5.1.2.曲轴的结构形式

曲轴的结构与其制造方法有直接联系,在进行曲轴结构设计时必须同时考虑。 曲轴结构形式在整体结构上分整体式和组合式两大类,随着复杂结构铸造和锻造技术的进步,现代内燃机几乎都采用整体式,因此本次设计选择整体式曲轴。

曲轴结构形式在支承方式上分为全支承和浮动支承,本次设计单缸机不分全支承与浮动支承,采用全支承。

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5.1.3.曲轴材料

曲轴材料要根据用途和强化程度正确选用。根据平均有效压力,选择合适的活塞结构,保证活塞能承受所规定的机械负荷和热负荷。制造活塞的材料应有小的密度 、足够的高温强度 、高的热导率 、低的线涨系数a以及良好的摩擦性能。

经综合考虑,选用QT800(正火后,珠光体基体)。

5.2.曲轴主要尺寸的确定和结构设计细节

5.2.1.曲柄销的直径D2和长度L2

1)在考虑曲轴主轴颈粗细时,首先使确定曲柄销的直径D2。在现代发动机设计 中。一般趋向于采用较大的D2值,以降低曲柄销比压,提高连杆轴承工作的可靠性,提高曲轴的刚度。

高速车用汽油机D2/D较小,取D2/D?0.52 ,得D2?34mm。

2)曲柄销的长度L2选定D2上考虑的。在薄油膜条件下,L2/D2?0.4左右时有最大承载能力,球铁曲轴L2/D2应取较小值,从而尽可能加强曲柄。

但考虑到实际情况,本次设计L2/D2取0.5,得L2?17mm。

F2/活塞投影面积F?0.01D2L2/(?D2/400)在0.15~3)初步校核:承压面投影面积0.50范围内,符合要求。

4)初步估计轴承最大条件比压P2?PzF/F2?38.94MPa,结合参考文献【1】,根据P2选取轴承材料高锡铝AlSnCu30-1(280巴)或AlSnCu20-1(300巴)。

5.2.2.主轴颈的直径D1和长度L1

如果从曲轴沿全长度具有等刚度要求出发,可以认为主轴颈与曲柄销一样粗就行了。从轴承负荷出发,则主轴颈可以比曲轴销更细些,因为主轴承最大负荷小于连杆轴承。但是为了最大限度的加强曲轴的刚度,加粗主轴颈还是很有好处的。

1.05~1.25)D2。由于单缸机曲轴1)结合曲轴各部分尺寸协调的观点,建议取D1?(较短取D1?1.06D2,得D1?36mm。

2)结合参考文献【1】,定L1/D1?0.5,得L1?18mm。

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3)滑动轴承最小宽度不能小于0.3倍轴颈。

5.2.3.曲柄

曲柄应选择合适的厚度、宽度,使曲轴有足够的刚度和强度。曲轴形状应合理以改善应力分布。在确定曲柄的尺寸时,应该考虑到曲柄往往是整体式曲轴中最薄弱的环节。曲柄在曲拐平面内的抗弯能力以其矩形断面模数W来衡量。

W??bh2/6(mm3)

其中:b为曲柄的宽度(mm), h为曲柄的厚度(mm))

可见提高曲柄的抗弯能力,增加曲柄的厚度h要比增加曲柄的宽度b要好得多。 根据参考文献【1】b/D?1.00 , h/D?0.20。得b=65mm,h=12mm。

5.2.4.一些细节设计 5.2.4.1.油道布置

在确定主轴颈上油道入口和曲柄销上油道出口位置时,既要考虑到有利于供油又要考虑到油孔对轴颈强度影响到最小。一般油孔只要安排在曲拐平面旋转前45°~90°的低负荷区都是合理的,油道不能离轴颈过渡圆角太近。油孔直径一般不大于0.1D2,但最小不得小于5mm。孔口不应有尖角锐边,而应有不小于0.04D2的圆角以减缓应力集中。

5.2.4.2.曲轴两段的结构

曲轴前段一般有扭转减震器,发动机的各种辅助装置如机油泵,冷却水泵等,由安装在前段的齿轮或皮带轮驱动,配齐正时齿轮也安装在曲轴前端。

曲轴末端有飞轮,用于输出总转矩,因此末端要做的粗一些。

5.2.4.3.曲轴的止推

一般将止推轴承设置在中央轴承的两侧或后主轴承的两侧。止推轴承间隙多为0.05~0.2mm。

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