内燃机构造与设计--7-12曲轴PPT课件下载推荐.ppt

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曲曲轴轴的的破破坏坏形形式式：

主主要要是是弯弯曲曲疲疲劳劳破破坏坏，扭扭转转载载荷荷较较小小，对对于于扭扭振振，通通常采用减振措施。

常采用减振措施。

12.12.曲曲轴轴12.112.1概述概述概述概述曲曲轴轴破破坏坏的的发发源源地地：

因因曲曲轴轴形形状状复复杂杂，应应力力集集中中严严重重，所所以以疲疲劳劳裂裂纹纹的的发发源源地地几几乎乎全全部部产产生生于于应应力力集集中中最最严严重重的的过过渡渡圆圆角角和和油油孔孔处处。

弯弯曲曲疲疲劳劳裂裂缝缝从从轴轴颈颈根根部部表表面面的的圆圆角角处处发发展展到到曲曲柄柄上上，基基本本上上成成45折折断断曲曲柄柄，扭扭转转疲疲劳劳破破坏坏通通常常是是从从机机械械加加工工不不良良的的油油孔孔边边缘缘开开始始，约约成成45剪剪断断曲曲柄销。

柄销。

曲轴的设计要求：

强度、刚度、耐磨、轻巧强度、刚度、耐磨、轻巧具有足够的疲劳强度，对应具有足够的疲劳强度，对应力集中部位采用局部强化的力集中部位采用局部强化的方法，具有尽可能高的弯曲方法，具有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度，各轴颈表刚度和扭转刚度，各轴颈表面要耐磨，曲轴的重量要轻。

面要耐磨，曲轴的重量要轻。

12.12.曲曲轴轴12.112.1概述概述概述概述以以上上要要求求有有些些是是相相互互矛矛盾盾的的，在在设设计计中中必必须须辩辩证证地地进进行行分分析析，找找出出主主要要矛盾。

矛盾。

曲曲轴轴的的设设计计方方法法：

主主要要是是依依靠靠经经验验设设计计，即即利利用用许许多多现现有有的的曲曲轴轴结结构构与与尺尺寸寸的的统统计计资资料料，结结合合新新机机型型的的要要求求及及工工艺艺条条件件，初初步步确确定定曲曲轴轴的的基基本本尺尺寸寸，然然后后进进行行结结构构细细节节的的设设计计，强强度度校校核核，曲曲轴轴样样品品试试验验，最最后后确确定定曲轴的结构、尺寸与加工工艺等。

曲轴的结构、尺寸与加工工艺等。

必必须须指指出出，曲曲轴轴的的载载荷荷、应应力力和和变变形形实实际际上上是是不不可可能能完完全全准准确确的的计计算算出出来的。

计算曲轴内力的截断简支梁模型有以下多处于实际情况不符：

来的。

（1）曲曲柄柄销销载载荷荷、，曲曲柄柄销销惯惯性性力力，曲曲柄柄臂臂惯惯性性力力，平平衡衡重重惯惯性力性力，都视为集中载荷，而实际上都是分布载荷，都视为集中载荷，而实际上都是分布载荷;

12.12.曲曲轴轴12.112.1概述概述概述概述

（2）把把曲曲轴轴截截成成了了各各个个单单曲曲拐拐，而而对对相相邻邻曲曲拐拐间间的的相相互互作作用用只只考考虑虑了了截截断断面面上有扭矩上有扭矩M（i-1）和和M（i），忽略了实际上还存在内弯矩忽略了实际上还存在内弯矩;

（3）把每一截断的单拐视为点支撑梁，只考）把每一截断的单拐视为点支撑梁，只考虑集中支反力虑集中支反力Rx和和Ry,并认为这些支反力决定并认为这些支反力决定于单拐的静力平衡条件于单拐的静力平衡条件;

但实际上主轴颈有一但实际上主轴颈有一定长度，各主轴颈和主轴承都还有同轴度误定长度，各主轴颈和主轴承都还有同轴度误差，因而不仅有分布的支反力，而且支反力差，因而不仅有分布的支反力，而且支反力沿轴向还不是均布的，有可能形成支反力矩沿轴向还不是均布的，有可能形成支反力矩;

同时支反力也不是由单个曲拐而是由曲轴整同时支反力也不是由单个曲拐而是由曲轴整体决定的，机体上各主轴承座的弹性变形和体决定的，机体上各主轴承座的弹性变形和振动对于支反力和支反力矩也有影响。

振动对于支反力和支反力矩也有影响。

此外，发动机能平稳运转的转速范围要尽可能地宽一些，并应能迅速从怠速变换到全速全负荷。

12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计12.2.1结构型式与材料结构型式与材料曲轴的结构型式曲轴的结构型式曲轴的结构型式与制造方法有关，分为两大类：

曲轴的结构型式与制造方法有关，分为两大类：

整整体体式式曲曲轴轴结结构构是是整整体体的的，毛毛坯坯可可由由整整根根钢钢料料锻锻造造或或用用铸铸造造方方法法形形成成。

特特点点是是工工作作可可靠靠，重重量量轻轻，强强度度、刚刚度度较较高高，加加工工表表面面少少，广广泛泛应应用用于于中中、小小型型发发动动机机的的曲曲轴轴。

此此曲曲轴轴一一般般与与滑滑动动轴轴承承相相配配合合，只只有有单单缸缸曲轴与滚动轴承配合，以提高机械效率和降低对轴承的润滑要求。

曲轴与滚动轴承配合，以提高机械效率和降低对轴承的润滑要求。

组组合合式式曲曲轴轴把把曲曲轴轴分分成成很很多多便便于于制制造造的的单单元元体体，然然后后将将各各部部分分组组合合装装配配而而成成。

特特点点是是工工艺艺性性好好，应应用用于于大大功功率率柴柴油油机机和和小小型型二二冲冲程程发发动动机机，大大曲曲轴轴加加工工困困难难，受受到到加加工工设设备备的的限限制制，单单缸缸二二冲冲程程发发动动机机的的连连杆杆轴轴承承一一般般采采用用滚滚针针（柱柱）轴轴承承，连连杆杆大大头头做做成成整整体体式式，则则曲曲轴轴必必须须采采用用组组合合式。

式。

12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲曲轴轴还还可可以以按按支支承承轴轴承承的的个个数数分分为为全全支支承承与与非非全全支支承承。

全全支支承承曲曲轴轴的的特特点点是是刚刚度度大大，曲曲轴轴内内弯弯矩矩小小些些，可可使使轴轴颈颈尺尺寸寸减减小小以以降低轴承摩擦损失。

降低轴承摩擦损失。

曲轴的材料曲轴的材料必须根据发动机的用途及强化程度，正确选用曲轴材料。

必须根据发动机的用途及强化程度，正确选用曲轴材料。

选选用用原原则则：

在在保保证证曲曲轴轴有有足足够够强强度度的的前前提提下下，尽尽可可能能采采用用一一般般材材料，以铸代锻，以铁代钢。

料，以铸代锻，以铁代钢。

选选用用要要求求：

优优良良的的机机械械性性能能，高高的的耐耐磨磨性性、耐耐疲疲劳劳性性、冲冲击击韧韧性性，加工容易，造价低廉。

加工容易，造价低廉。

12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计常用材料及特点：

常用材料及特点：

钢钢锻造用碳素钢、合金钢，铸造用铸钢（较少采用）。

锻造用碳素钢、合金钢，铸造用铸钢（较少采用）。

碳碳素素钢钢：

广广泛泛采采用用中中碳碳钢钢45号号模模锻锻曲曲轴轴，应应用用于于强强化化程程度度不不太太高高的的中中高高速速发发动动机机上上。

特特点点是是刚刚度度与与合合金金钢钢差差不不多多，强强度度低低一一些些，但但成成本本低低。

对对加加工工工工艺艺有有一一定定要要求求，曲曲轴轴锻锻造造后后应应进进行行第第一一次次热热处处理理（退退火火或或正正火火），其其目目的的是是消消除除金金属属中中的的内内应应力力和和降降低低硬硬度度以以便便于于机机械械加加工工，在在精精磨磨前前应应进进行行第第二二次次热热处处理理（调调质质）以以改改善善钢钢的的机机械械性性能能，并并提提高高轴轴颈颈表表面面硬硬度度。

对对轴轴颈颈表面、圆角和油孔边缘均应抛光，以提高曲轴的疲劳强度。

表面、圆角和油孔边缘均应抛光，以提高曲轴的疲劳强度。

合合金金钢钢：

应应用用于于强强化化程程度度高高的的中中高高速速机机车车柴柴油油机机和和航航空空发发动动机机上上。

特特点点是是强强度度高高，具具有有优优异异的的综综合合机机械械性性能能，但但对对缺缺口口的的敏敏感感性性很很强强，对对热热处处理理、机机械械加加工工要要求求相相当当严严格格，因因为为其其优优良良的的性性能能只只有有在在恰恰当当的的热热处处理理及及良良好好的的加加工工条条件件下下才才能能发发挥挥出出来来。

曲曲轴轴整整个个表表面面都都要要进进行行抛抛光光，避避免免应应力力集集中中。

由于模锻设备庞大，自由锻又浪费材料，所以产生了铸造曲轴。

12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计球球墨墨铸铸铁铁：

广广泛泛应应用用于于车车用用汽汽油油机机、柴柴油油机机及及农农用用柴柴油油机机上上。

特特点点是是综综合合机机械械性性能能低低于于中中碳碳钢钢，疲疲劳劳强强度度较较低低，所所以以球球铁铁曲曲轴轴在在结结构构上上比比较较笨笨重重，有有较较粗粗的的轴轴颈颈，较较厚厚的的曲曲柄柄，并并采采用用全全支支承承曲曲轴轴。

但但对对实实际际使使用用的的球球铁铁曲曲轴轴的的弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度并并不不低低于于中中碳碳钢钢，因因实实际际曲曲轴轴总总是是有有油油孔孔、圆圆角角和和材材质质上上的的缺缺陷陷，存存在在应应力力集集中中，这这就就降降低低了了中中碳碳钢钢曲曲轴轴的的疲疲劳劳强强度度，而而对对于于球球铁铁曲曲轴轴可可以以铸铸成成复复杂杂的的合合理理结结构构，使使应应力力分分布布均均匀匀，更更有有效效地地利利用用材材料料，对对断断面面缺缺口口的的敏敏感感性性小小，使使球球铁铁曲曲轴轴实实际际弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度并并不不低低，且且承承受受20-30%超超负负荷荷能能力力要要比比钢钢好好。

其其次次的的特特点点是是具具有有相相当当高高的的扭扭转转疲疲劳劳强强度度，对对扭扭振振的的阻阻尼尼及及耐耐磨磨性性都都比比钢钢好好。

但但韧韧性性和和塑塑性性不不及及钢钢，可以利用热处理提高球铁的塑性和韧性。

可以利用热处理提高球铁的塑性和韧性。

12.2.2主要尺寸比例主要尺寸比例12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计12.12.曲曲轴轴12.212.2曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计曲轴的结构设计1、对对非非增增压压直直列列式式发发动动机机来来说说，先先根根据据缸缸筒筒部部分分的的设设计计（干干缸缸套套还还是是湿湿缸缸套套，水水冷冷还还是是风风冷冷）确确定定缸缸心心距距L，然然后后将将L合合理理地地分分配配给给曲曲轴轴各各分分段段（即即L1、L2、h），一一般般不不需需要要采采用用斜斜切切口口连连杆杆（即即d20.65D）。

）。

2、多多缸缸机机曲曲轴轴各各曲曲柄柄销销等等长长，各各主主轴轴颈颈则则不不一一定定都都等等长长。

有有些些四四缸缸机机和和六六缸缸机机的的中中央央主主轴轴颈颈因因离离心心力力载载荷荷较较大大就就做做得得比比其其它它主主轴轴颈颈长长些些。

只只要要轴轴承承的的承承载载能能力力允允许许，仍仍宜宜采采用用等等缸缸间间距距，即即中中间间几几个个主主轴轴颈颈长长度度要要相相等等。

第第一一个个主主轴轴颈颈和和最最后后一一个个主主轴轴颈颈的的长长度度不不受受缸缸间间距距限限制制，可可只只根根据据曲曲轴轴首首段段和