毕业设计曲轴飞轮.docx

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毕业设计曲轴飞轮

毕业设计-曲轴飞轮

2110柴油机（曲轴飞轮）设计

摘要

2110柴油机是在2100柴油机的基础上自行改进与开发研制的新型、中等功率、节能的柴油机。

目前，该机型已经广泛运用于我国的农用工程机械，小型发电等领域。

2110柴油机与同类机型相比，具有先进的动力性，经济性和可靠性，在国内农用机械用户中具有很强的优势。

与2100系列柴油机相比，2110柴油机主要在发动机机体、气缸盖、活塞连杆总成、曲轴、燃油系统等方面进行了优化、强化设计，使发动机在动力性、经济性等方面有较大的提高，也实现了增加其运用范围的目的。

本文主要介绍了2110柴油机的总体设计思想的确定以及曲轴飞轮组零件的设计过程。

内容包括2110柴油机总体设计方案的选择，动力性指标的确定，曲轴飞轮零件图的绘制时的参数选择，包括曲轴结构的设计，制造时所需注意的加工过程以及检验产品时强度校核等内容。

本文运用到了UG三维软件制图，用以解决曲轴的油道与曲柄销减重孔的干涉问题，同时用Ricardo计算方法解决曲轴疲劳强度问题。

本文综合性的对曲轴飞轮组的设计问题进行了研究。

关键词：

柴油机，曲轴，飞轮，UG

THEDESIGNOF2110DIESELENGINE（CRANKSHAFTandFLYWHEEL）

ABSTRACT

Onthebasisofthe385dieselengine,2110dieselengineimprovetoanewstyle,whichishigh-speed,medium-powerandenergy-savingdieselengine.Atpresent,themodelshavebeenwidelyusedinChina'sagriculturalengineeringmachinery,smallpowergeneration.Comparedwithsimilartypedieselengine，2110dieselenginehasadvancedperformance,economyandreliabilityinthedomesticagriculturalmachinery,andtheyhavemillionsofusers.Comparedwith2100seriesdieselengine,2110dieselenginesaremainlyimproveintheengineblockandcylinderhead,pistonconnectingrod,crankshaft,fuelsystem,andimprovetheoptimizationdesign,thatimprovetheenginepower,economy,italsoachievethepurposethatincreasingitsapplicationscope.

Thispapermainlyintroducestheoveralldesignthoughtof395dieselengine,crankshaftandflywheelthedesignprocess.Thesisincludeshowtoselected2110dieselengine,theoverallperformanceindicatorsidentified,andtheprocessofthedesignofthecrankshaftflywheelwillbediscussedinthispaper.Includingthecrankshaftstructuredesign,whatwemustpayattentiontoinmanufactureprocess.

ThispaperusesUG3Dsoftwaretodrawcrankshaft,itsolvetheoilholewiththeweightreducingholeofinterferenceproblems.AndwithRicardocalculationmethod,itsolvethecrankshaftfatiguestrengthproblems.Thispapercompletelydiscussthedesignofcrankshaftandflywheel.

KEYWORDS：

Dieselengine，crankshaft，flywheel，Ricardocalculationmethod，UG

第一章前言

由于2110柴油机具有许多方面的优点，所以不论在国外还是在国内，其应用越来越广泛，世界很多的车用和船用内燃机都采用它，特别是农用车辆，把2110柴油机作为其首选动力。

随着国民经济建设和生产的发展，2110柴油机已越来越广泛地得到应用，它为我国国民经济的发展作出了不可磨灭的贡献。

本文主要完成了对2110型柴油机的总体方案的选择，曲轴飞轮组的设计。

专题部分曲轴飞轮组的设计主要包括了曲轴的设计，飞轮的设计以及飞轮的平衡计算。

重点放在了飞轮的设计计算上。

目前，国内外对曲轴的设计理论主要在以下两个方面：

在曲轴设计方面，采用数值计算与实验结合的方法对曲轴进行优化设计，但是这种计算方法效率低，而且难以取得最优解，针对以上不足，提出了一个曲轴结构尺寸优化的新方法，即将有限元、结构优化与计算机辅助设计相集成，采用Ⅰ-DEAS、VC++、ISIGHT软件设计了一个曲轴结构尺寸优化软件集成系统，实现整个优化过程的自动优化。

在曲轴制造方面，我国的曲轴生产存在整体规模小，专业化程度低，企业设备陈旧，产品设计和工艺落后，性能和可靠性差，品种杂乱和通用化程度低等问题，而在国外，曲轴的生产已经很专业化，广泛的采用了数控技术及自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成。

在曲轴的锻造方面，广泛的采用CAD/CAM技术，引入管理信息系统和集成生产系统，实现了锻造生产从原材料、工艺和工艺装备最佳方案的选择和整个过程的控制。

机加工方面采用曲轴动平衡自动线，使用计算机控制，实现自动测量和修正，采用在线自动检测和终检相结合的方式，连续监控加工精度，提高生产率，保证产品质量。

热处理方面以德国的二段式气体软氮化法较先进，可获得ε单相化合物层，大大提高产品的质量和性能。

飞轮的作用是将在作功行程中输入曲轴的能量的一部分贮存起来，用以

在其它行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机可能克服短时间的超负荷，此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系中摩擦离合器的驱动件。

近几年的飞轮设计主要集中在飞轮的基本三维建模及有限元分析、飞轮的拓扑优化设计和形状优化设计上，通过基于有限元法的优化设计可以大大提高设计效率，有利于缩短设计周期，降低制造成本，在飞轮原有模型上首先对飞轮进行拓扑优化设计，可以得到优化模型的基本形状，然后在拓扑优化的基础上，进一步加以形状优化，就可以基本确定飞轮的形状。

第二章总体方案设计

§柴油机设计的总体要求

§2.1.1内燃机的总体设计要求

内燃机的总体设计是整个产品开发工作的第一个阶段，按照工作次序可分为：

产品开发的战略决策；产品主要技术经济指标与设计结构参数的论证和选择；方案计算和总体设计图的绘制等几个阶段。

总体设计的水平和决策的正确与否，对产品的水平和市场竞争力将产生决定性的影响，如有失误，在大多数的情况下，不易通过投产后的改进加以挽回。

因此，总体设计者责任重大，要有高度的负责精神和使命感。

产品决策阶段首先要进行市场调研，对开发机型的配套对象和各种用途的市场容量发展前景，类似机型的技术水平，生产成本，生产规模作出定量的分析，其次，就企业对所开发产品的投资能力，生产规模提出可行性分析报告。

编制产品设计技术任务书，具体规定产品的各项技术经济指标和配套要求。

产品总体设计时要选择和确定内燃机的主要参数，完成各主要工作系统如供油系统、燃烧系统、进排气系统的构思，绘制机体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴的方案图和整机纵横剖面图，不同缸数及典型配套机型的外形布置图，编制总体设计说明书。

内燃机种类多样，使用条件各异，对总体设计也提出不同的要求。

§2.1.2内燃机设计工作中的“三化”

“三化”可以提高产品的质量，减少设计成本，组织专业化生产，提高劳动生产率，便于使用、维修和配件供应。

（1）产品系列化它是指基本尺寸相同，不同的排列、缸数、增压度，以满足不同需求。

（2）零部件通用化它是指同一系列的主要零件能够通用，以减少开发成本。

（3）零件设计标准化它是指按照国家标准、行业标准或企业标准设计，提高设计图样和资料的可读性和交流性，便于技术交流，同时也起到减少生产和采购成本的作用。

总之，柴油机的设计与开发是一个相当复杂的过程。

一个型号产品往往要经过几年的设计与开发周期才能得以完善。

§柴油机的主要设计指标

§2.2.1动力性指标

动力性指标包括有效功率（P）、转速（n）、最大扭矩和最大转矩转速。

1、有效功率P=**Z*n/（30T）（2-1）

为平均有效压力（）；为活塞的平均速度（m/s）；为气缸的工作容积（L）；Z为气缸数；n为转速（r/min）；T为冲程数。

可见，有效功率受到上面各参数的影响。

在设计转速和结构参数基本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。

2、转速（n）

柴油机由于其混合气形成速度和燃烧速度比较慢的原因，转速不会太高。

转速在1000r/min以上为高速，600~1000r/min为中速，600r/min以下为低速。

提高内燃机的转速可以使功率提高，因而使单位功率的体积减小、重量轻。

但是转速提高会导致一系列的问题，比如惯性力增加，导致机械负荷增加，平衡、振动问题突出，噪声增加；工作频率增加，导致活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件的热负荷增加；摩擦损失增加，机械效率下降，燃油消耗率增加，磨损寿命变短；进排气系统阻力增加，充气效率下降等。

表1-1各种用途的内燃机转速范围【单位：

（r/min）】

用途

柴油机

汽油机

汽车

1500~5000

2500~6500

工程机械与拖拉机

1500~2800

2000~3600

内燃机车、发电机组

900~1500

2800~3600

摩托车、摩托艇

5000~10000

中小型农用机械

1200~3000

3000~6000

船舶（高速）

1000~2000

1500~2500

船舶（低速）

300~850

3、最大扭矩和最大转矩转速

实际上内燃机给出的转矩指标都是最大扭矩。

最大扭矩对应的发动机转速就是最大转矩转速。

§2.2.2经济性指标

柴油机的经济性指标主要指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的燃料的消耗重量。

对于固定工况使用的柴油机是指标定功率时上网燃油消耗率。

对变工况的柴油机，则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。

比如，某内燃机的最低油耗率，则是指万有特性上的最低油耗率。

当然，万有特性上低油耗区越宽广，则变工况使用的经济性就越好。

（1）燃油消耗率【（g/（*h））】

降低的措施主要有指示效率和机械效率。

一般车用柴油机的燃油消耗率为250~380g/（*h）。

柴油机的经济性是内燃机设计师和使用者永远追求的目标。

（2）机油消耗率gm【（g/（*h））】

机油的价格远高于燃料油，希望使用中的消耗量尽量减少