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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