kw四沖程汽油機(jī)曲軸設(shè)計(jì)電子.doc

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學(xué) 號(hào)： 0120707210133 題 目 100kw四沖程汽油機(jī)曲軸設(shè)計(jì) 學(xué) 院 汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程 班 級(jí) 0701 姓 名 劉玲玲 指導(dǎo)教師 羅馬吉 2010 年 11 月 23 日 目 錄 0前言-------------------------------------------------------------------------------------------------------4 1汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)-------------------------------------------------------------------------------------4 1.1初始條件------------------------------------------------------------------------------------------4 1.2發(fā)動(dòng)機(jī)類型---------------------------------------------------------------------------------------4 1.2.1沖程數(shù)的選擇----------------------------------------------------------------------------4 1.2.2冷卻方式----------------------------------------------------------------------------------4 1.2.3汽缸數(shù)與氣缸布置方式----------------------------------------------------------------4 1.3基本參數(shù)------------------------------------------------------------------------------------------4 1.3.1形成缸徑比的選擇----------------------------------------------------------------------4 1.3.2氣缸工作容積V，缸徑D的選擇---------------------------------------------------4 2熱力學(xué)計(jì)算----------------------------------------------------------------------------------------------6 2.1熱力循環(huán)基本參數(shù)的確定---------------------------------------------------------------------6 2.2P-V圖的繪制-------------------------------------------------------------------------------------6 2.3P-V圖的調(diào)整-------------------------------------------------------------------------------------7 3運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算----------------------------------------------------------------------------------------------8 3.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的類型---------------------------------------------------------------------------8 3.2連桿比λ的選擇---------------------------------------------------------------------------------8 3.3活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律------------------------------------------------------------------------------------8 3.4連桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律-----------------------------------------------------------------------------------10 4動(dòng)力學(xué)計(jì)算---------------------------------------------------------------------------------------------10 4.1質(zhì)量轉(zhuǎn)換-----------------------------------------------------------------------------------------10 4.2作用在活塞上的力 ----------------------------------------------------------------------------11 4.2.1作用在活塞銷上的力-----------------------------------------------------------------11 4.2.2慣性力-----------------------------------------------------------------------------------14 4.3輸出合成轉(zhuǎn)矩------------------------------------------------------------------------------------15 5曲軸零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----------------------------------------------------------------------------------15 5.1曲軸的工作條件，結(jié)構(gòu)形式和材料的選擇------------------------------------------------15 5.1.1曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求----------------------------------------------------------15 5.1.2曲軸的結(jié)構(gòu)形式-------------------------------------------------------------------------16 5.1.3曲軸的材料-------------------------------------------------------------------------------16 5.2曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)-------------------------------------------------------16 5.2.1主要尺寸---------------------------------------------------------------------------------16 5.2.2一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------17 5.2.2.1油道布置----------------------------------------------------------------------17 5.2.2.2曲軸兩端的結(jié)構(gòu)-------------------------------------------------------------17 5.2.2.3曲軸的止推-------------------------------------------------------------------18 5.2.2.4過(guò)渡圓角----------------------------------------------------------------------18 5.2.2.5平衡分析----------------------------------------------------------------------18 6曲軸強(qiáng)度的校核-----------------------------------------------------------------------------------------19 6.1曲軸的彎曲強(qiáng)度校核---------------------------------------------------------------------------19 6.2曲軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核---------------------------------------------------------------------------21 7小結(jié)--------------------------------------------------------------------------------------------------------23 8參考文獻(xiàn)--------------------------------------------------------------------------------------------------24 附錄----------------------------------------------------------------------------------------------------------25 附表1--------------------------------------------------------------------------------------------------------25 附錄2--------------------------------------------------------------------------------------------------------25 附錄3--------------------------------------------------------------------------------------------------------29 100kw四行程汽油機(jī)曲軸設(shè)計(jì) 0前言 曲軸是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零件，其尺寸大小在很大程度上影響著內(nèi)燃機(jī)的外形尺寸和重量以及工作可靠和壽命。曲軸的破壞事故可能引起其他零件的嚴(yán)重?fù)p壞。為了更深入地了解曲軸乃至發(fā)動(dòng)機(jī)，學(xué)校為我們安排了《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是100kw四行程汽油機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)。 1. 汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù) 1．1初始條件 額定功率：P＝100KW 平均有效壓力:=0.8～1.2MPa 活塞平均速度：Vm<18m∕s 1．2發(fā)動(dòng)機(jī)類型 1.2.1沖程數(shù)的選擇 四沖程（τ=4） 1.2.2冷卻方式 水冷 1.2.3氣缸數(shù)與氣缸布置方式 直列式四缸機(jī)（i=4） 1.3基本參數(shù) 1.3.1行程缸徑比S∕D的選擇 初步選擇行程缸徑比為S∕D=1.0 1.3.2氣缸工作容積V，缸徑D的選擇 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)學(xué)的基本計(jì)算公式： P=Pme*Vs*i*n∕（30τ） Vm=S*n∕30000 Vs=πD*S∕4000000 其中Pe——為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，依題100kw Pme——為發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力，依題為 Vs ——為氣缸的工作容積，單位為L(zhǎng) i——為發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)目 ，依題為4 n ——為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min Vm——為活塞的平均速度，依題取為16m/s S——為發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的行程,單位為mm D——為發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸直徑,單位為mm ——為發(fā)動(dòng)機(jī)的行程數(shù)，依題為4 根據(jù)以上的條件代入以上公式得： D=S=89.2mm , n=5380.8 r/min , Vs=0.557L 將額定轉(zhuǎn)速n取整為5200r/min Vs=0.577L D=92.3mm 再由S/D=1.0計(jì)算并同D一樣圓整得 S=92mm，D=92mm 根據(jù)計(jì)算得出的D和S計(jì)算實(shí)際的單缸排量、行程缸徑比、平均有效壓力和活塞平均速度得 Vs=0.61L S/D=1.0 Pme=0.946MPa Vm=15.95m/s 利用以上算出的實(shí)際Pme、Vm值與給定值比較，他們應(yīng)與同用途類型先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)水平相當(dāng)。本設(shè)計(jì)曲軸一些基本參數(shù)見(jiàn)表一。 2熱力學(xué)計(jì)算 汽油機(jī)利用化油器對(duì)供給氣缸的混合氣進(jìn)行定量調(diào)節(jié)，以適應(yīng)汽油機(jī)負(fù)荷變化的需要。汽油機(jī)的工作過(guò)程包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)過(guò)程。在本設(shè)計(jì)過(guò)程中，先確定熱力循環(huán)基本參數(shù)然后重點(diǎn)針對(duì)壓縮和膨脹過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，繪制P-V圖并校核。 2.1熱力循環(huán)基本參數(shù)的確定 根據(jù)參考文獻(xiàn)【汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)】壓縮過(guò)程絕熱指數(shù)n=1.32～1.38，初步取n=1.35 膨脹過(guò)程絕熱指數(shù)n=1.23～1.28，初步取n=1.25 根據(jù)參考文獻(xiàn)【內(nèi)燃機(jī)學(xué)】汽油機(jī)壓縮比ε=6～12，初取ε=9 根據(jù)參考文獻(xiàn)【發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)】λp=6～9，初取λp=6 2.2P-V圖的繪制 通常情況下，壓縮始點(diǎn)的壓強(qiáng)在Pa=（0.8～0.9）（為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ担俣ㄍ饨?0.10MPa，選定Pa=0.09 MPa，將壓縮過(guò)程近似看作絕熱過(guò)程，由上一步n=1.35，并利用PV=const，利用前面計(jì)算所得單缸容積，可以在excel中繪出壓縮過(guò)程線?；旌蠚怏w在氣缸中壓縮后，經(jīng)等容加熱，利用值可得最大爆發(fā)壓力值，膨脹過(guò)程類似于壓縮過(guò)程，n由上一步取得1.25，繪出膨脹線。最后連接膨脹終點(diǎn)和壓縮始點(diǎn)。得出理論的P-V圖。簡(jiǎn)化的條件為： 假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同。 假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。 假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過(guò)程。 假設(shè)燃燒過(guò)程為等容加熱過(guò)程，工質(zhì)放熱為定容放熱。 Pa=Pc, Pa=0.09MPa, Va=Vc+Vs, Vs=0.61L, ε=9,得Va=0.69L,Vc=0.076L Pc=1.75MPa Pz=λp* Pc=12.23MPa。Pz=Pb，Pb=0.785MPa。 理論的P-V圖如下圖所示： 圖1 2.3 P-V圖的調(diào)整 實(shí)際的P-V圖和利用多變過(guò)程狀態(tài)方程繪制的P-V圖還存在一些差別，主要是點(diǎn)火提前角和配氣相位的原因。對(duì)上圖作以下調(diào)整： 最大爆發(fā)壓力：P取理論水平的2/3，具體值為8.15MPa<8.5MPa，以此值與原圖形相交，水平線以上的部分去掉，余下部分作些調(diào)整?？紤]到實(shí)際過(guò)程與理論過(guò)程的差異，最大爆發(fā)壓力發(fā)生在上止點(diǎn)之后12～15，選擇最高爆發(fā)壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12. 點(diǎn)火提前角：據(jù)資料得常用的范圍是20～30，經(jīng)調(diào)整后取26。 排氣提前角：常使用的范圍是40～80，經(jīng)調(diào)整后取60。 調(diào)整后的P-V圖如下： 圖2 由熱力學(xué)計(jì)算所繪制的示功圖為理論循環(huán)的示功圖，其圍成的面積表示的是汽油機(jī)所做的指示功數(shù)值由對(duì)示功圖積分后求得的面積來(lái)表示。由理論P(yáng)-V圖可求解出該示功圖下的指示功的大小。 經(jīng)過(guò)計(jì)算后得： =N*Pm*0.02*1000=688J N為理論P(yáng)-V圖中的格子數(shù)，由圖知為86，Pm為每小格縱坐標(biāo)表示的壓強(qiáng)值為0.4MPa， 0.02L表示每小格橫坐標(biāo)表示的容積值。 所以汽油機(jī)的平均有效壓力： =*/=688*0.85/0.00061=0.959MPa 代入公式得P=101.38KW 其中——為汽油機(jī)的機(jī)械效率， 與前面計(jì)算的結(jié)果大致一樣，在4%以內(nèi)，故上面選取的參數(shù)和以后的相關(guān)計(jì)算在滿足制造的同時(shí)能夠前后一致。 3.運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 3.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的類型 在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)中基本上采用三種曲柄連桿機(jī)構(gòu)：中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)和關(guān)節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)。其中中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣泛。本次設(shè)計(jì)選擇中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 3.2連桿比的選擇 據(jù)【發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)】知，=1/3～1/5，車用發(fā)動(dòng)機(jī)多用小連桿，初選=1/4. 3.3活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律 活塞位移： λ=0.25，—為曲軸半徑，r=S/2=92/2=46mm 經(jīng)計(jì)算后X-α圖如下： 圖3 活塞速度：V=rω（Sinα+λSin2α/2） ω=nл/30 n=5200r/min r=0.046m 經(jīng)計(jì)算后V-α圖如下： 圖4 活塞加速度：a=rω（Cosα+ λCos2α） 經(jīng)計(jì)算后a-α圖如下： 圖5 3.4連桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律 連桿式做復(fù)合平面運(yùn)動(dòng)，即其運(yùn)動(dòng)是由隨活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及繞活塞銷的擺動(dòng)合成。連桿相對(duì)于氣缸中心的擺角為β=arcsin（λsinα） 經(jīng)計(jì)算后β-α圖如下： 圖6 4.動(dòng)力學(xué)計(jì)算 4.1 質(zhì)量轉(zhuǎn)換 沿氣缸軸線作直線運(yùn)動(dòng)的活塞組零件，可以按質(zhì)量不變的原則簡(jiǎn)單相加，并集中在活塞銷中心。 mp=∑mpi 勻速旋轉(zhuǎn)的曲拐質(zhì)量，可以按產(chǎn)生離心力不變的原則換算，并集中在曲柄銷的中心 mc=∑miri/r mi—曲拐單元的質(zhì)量，ri—各單元的旋轉(zhuǎn)半徑 做平面運(yùn)動(dòng)的連桿組，根據(jù)動(dòng)力學(xué)等效性的質(zhì)量，質(zhì)心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量守恒三原則進(jìn)行質(zhì)量換算。3個(gè)條件決定三個(gè)未知數(shù)，可用位于比較方便的位置上即連桿小頭，大頭和質(zhì)心處三個(gè)質(zhì)量來(lái)代替連桿。實(shí)際結(jié)果表明m與m、m相比很小，為簡(jiǎn)化受力分析，常用集中在連桿小頭和大頭的2個(gè)質(zhì)量代替連桿。 0.253kg =0.202kg 往復(fù)質(zhì)量：m= + m==1.8==0.455kg 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量：mr=m+ m=2.276kg 其中D=92mm，l為活塞厚度l=8mm，活塞材料為共晶鋁合金：ρ=2.7g/cm3，H為活塞高度H=（0.8~1.0）D=83.7mm 4.2作用在活塞上的力 作用在活塞銷中心的力，是P和的合力，P為氣體作用力，為往復(fù)慣性力 4.2.1作用在活塞銷上的力 氣體作用力在曲柄連桿中的傳遞情況如圖7， F對(duì)連桿產(chǎn)生拉力，還對(duì)氣缸產(chǎn)生側(cè)向力 F=1/4D（P-P） P—活塞頂上的壓力，--活塞背壓 側(cè)壓力 =Ptanβ 連桿力=P/cosβ 切向力= sin(α+β)=P 徑向力 =cos(α+β)=P 綜合應(yīng)用上述等式，求解出各力隨曲軸轉(zhuǎn)角α的變化曲線。把計(jì)算過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)收錄在附錄3中。[引入的β角是連桿和氣缸中心線方向的夾角，它和曲軸轉(zhuǎn)角α滿足下列關(guān)系式：lsinβ=rsinα] 圖7 =-0.491() 圖8 P= + P 圖9 =Ptanβ 圖10 =P/cosβ 圖11 =P 圖12 =P 圖13 4.2.2慣性力 往復(fù)慣性力 Fj在機(jī)構(gòu)中的傳遞情況與Fg很相似，F(xiàn)j也使機(jī)構(gòu)受負(fù)荷，也產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和傾覆力矩，由于Fj對(duì)汽缸蓋沒(méi)有作用，所以它不能在機(jī)內(nèi)自行抵消，是向外表現(xiàn)的力，需要由支承承受。 圖14 旋轉(zhuǎn)慣性力 Fr=mrrω2，當(dāng)曲軸角速度不變時(shí)，F(xiàn)r大小不變，其方向總是沿著曲軸半徑向外。如果不用結(jié)構(gòu)措施（如平衡塊）消除，它也是自由力，使曲軸軸承和內(nèi)燃機(jī)承受支反力，它不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和傾覆力矩。 4.3合成扭矩 在討論輸出合成扭矩時(shí)，要把氣體力和往復(fù)慣性力合成。雖然往復(fù)慣性力對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的平均值沒(méi)有影響，但對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)值的影響很大。多缸內(nèi)燃機(jī)的總轉(zhuǎn)矩等于不同相位的各缸轉(zhuǎn)矩的疊加，對(duì)于發(fā)火間隔角均勻的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，總轉(zhuǎn)矩曲線是將各缸轉(zhuǎn)矩曲線錯(cuò)開(kāi)一個(gè)相當(dāng)于發(fā)火間隔角（θ=720/i）的距離，然后疊加的結(jié)果，其變化周期就是θ。 5.曲軸零件的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1曲軸的工作條件，結(jié)構(gòu)形式和材料的選擇 5.1.1曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求 曲軸的基本工作載荷是彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷；對(duì)內(nèi)不平衡的發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸還承受內(nèi)彎矩和剪力；未采取扭轉(zhuǎn)振動(dòng)減振措施的曲軸還可能作用著幅值較大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)彈性力矩。這些載荷都是交變性的，可能引起曲軸疲勞失效。實(shí)踐表明，彎曲載荷具有決定性作用，彎曲疲勞失效是主要的破壞形式。因此，曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究重點(diǎn)是彎曲疲勞強(qiáng)度，曲軸設(shè)計(jì)上要致力于提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。 曲軸形狀復(fù)雜應(yīng)力集中相當(dāng)嚴(yán)重，特別是在連桿軸頸與曲柄臂的過(guò)渡圓角處和潤(rùn)滑油孔出口附近的應(yīng)力集中尤為突出。曲軸的設(shè)計(jì)制造要特別注意，設(shè)法緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象，強(qiáng)化應(yīng)力集中的部位。 曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對(duì)速度在軸承中發(fā)生滑動(dòng)摩擦。為了提高曲軸的使用壽命，應(yīng)使各摩擦表面耐磨，并匹配好適當(dāng)條件的軸瓦。 曲軸的剛度亦很重要，所以設(shè)計(jì)曲軸時(shí)應(yīng)保證曲軸有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 曲軸是內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)件，其主要結(jié)構(gòu)的尺寸選擇，還要照顧到內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化，適當(dāng)留出發(fā)展余地。 5.1.2曲軸的結(jié)構(gòu)形式 曲軸從整體結(jié)構(gòu)上看可以分為整體式和組合式，從支承方式看，曲軸有全支承結(jié)構(gòu)和浮動(dòng)支承結(jié)構(gòu)，為了提高曲軸的彎曲強(qiáng)度和剛度，現(xiàn)代多缸內(nèi)燃機(jī)的曲軸都采用全支承結(jié)構(gòu)。 5.1.3曲軸的材料 曲軸材料一般使用45，40Cr，35Mn2等中碳鋼和中碳合金鋼。軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，最后進(jìn)行精加工。目前球磨鑄鐵由于性能優(yōu)良，加工方便，價(jià)格便宜廣泛的用于曲軸材料。本設(shè)計(jì)采用QT800. 5.2曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié) 5.2.1主要尺寸 綜合以上考慮，確定主要尺寸如下： 主軸頸：D1=（0.65-0.75）D=64.4mm L1=（0.3-0.45）D=39.56mm 曲柄銷：D2=（0.6-0.65）D=57.96mm L2=（0.35-0.45）D=35.88mm 曲柄臂：h=（0.18-0.25）D=20.24mm b=（0.75-1.2）D=90.16mm 根據(jù)主軸頸長(zhǎng)度和曲柄銷長(zhǎng)度以及曲柄臂的厚度，確定缸心距為 L=2h+L1+L2=115.92mm 5.2.2一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 5.2.2.1油道布置 在確定主軸頸上油道入口和曲柄銷上油道出口的位置時(shí)，既要考慮到有利于供油又要考慮到油孔對(duì)軸頸強(qiáng)度的影響最小。曲柄銷油孔多數(shù)選擇在曲拐平面運(yùn)轉(zhuǎn)前方Ψ=~的范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明，若油孔偏向主軸頸圓角側(cè)，則主軸頸圓角發(fā)生裂紋的時(shí)間提前，甚至導(dǎo)致破壞。又曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞大多數(shù)是從應(yīng)力集中的油孔邊緣或過(guò)渡圓角處開(kāi)始的，因此應(yīng)盡量減少油孔處的應(yīng)力集中，油孔邊緣的過(guò)渡圓角半徑取得較大并進(jìn)行拋光。 5.2.2.2曲軸兩端的結(jié)構(gòu) 消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器裝在曲軸前端，因?yàn)檫@里的振幅最大。 曲軸后端設(shè)有法蘭或加粗的軸頸，飛輪與后端螺栓和定位銷連接。定位銷用來(lái)保證重裝飛輪時(shí)保持飛輪與曲軸的裝配位置。故定位銷的布置是不對(duì)稱的或只有一個(gè)。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。 另外發(fā)動(dòng)機(jī)的各種輔助裝置的驅(qū)動(dòng)齒輪或皮帶輪及配氣正時(shí)齒輪也裝在曲軸前端。 5.2.2.3曲軸的止推 曲軸由于受熱膨脹而伸長(zhǎng)或受斜齒輪及離合器等的軸向力會(huì)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，為防止曲軸的軸向位移，在曲軸與機(jī)體之間設(shè)置止推軸承。止推軸承只能設(shè)置一個(gè)，以使曲軸相對(duì)于機(jī)體能自由地沿軸向作熱膨脹。 曲軸軸向間隙應(yīng)保持=0.05~0.2mm，其他各主軸承端面間隙應(yīng)保證曲軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)能自由延伸。 5.2.2.4過(guò)渡圓角 主軸頸到曲柄臂的國(guó)度圓角半徑R對(duì)于曲軸彎曲疲勞強(qiáng)度影響很大，增加圓角對(duì)于提高曲軸疲勞強(qiáng)度非常有利，但對(duì)于表面耐磨性有不利影響，在保證耐磨條件下取最大圓角。一般R取為2mm。 5.2.2.5平衡分析 直列四缸機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性力，一階往復(fù)慣性力，旋轉(zhuǎn)慣性力矩，一階往復(fù)慣性力矩，二階往復(fù)慣性力矩都可以平衡。具體分析如下： 1）旋轉(zhuǎn)慣性力 R ∑Rrx=∑m*r*ω*sinφ=0 ∑Rry=∑m*r*ω*Cosφ=0 ∑Rr= {(∑Rrx)+( ∑Rry)}1/2=0 2)一階往復(fù)慣性力 ∑P=∑-m*r*ω*Cosφ=0 3)二階往復(fù)慣性力 ∑P =∑-m*r*ω*λ*Cos2φ=-4 m*r*ω*λ*Cos2φ=0 4）旋轉(zhuǎn)慣性力矩 ∑M=∑Rrx*r*Cosφ=2 m*r*ω*sin2φ=0 ∑M= ∑Rry r*sinφ=2 m*r*ω*sin2φ=0 ∑M=∑M-∑M=0 5）一階往復(fù)慣性力矩 ∑M=∑P*r=∑-m*r*ω*Cosφ=0 6）二階往復(fù)慣性力矩 ∑M=∑P*r=∑-m*r*ω*Cosφ=0 6.曲軸強(qiáng)度的校核 6.1 曲軸的彎曲強(qiáng)度校核 圓角彎曲名義應(yīng)力= = (b:曲柄的寬度，h：曲柄厚度) =90.16*/6=6155.79 =*a 其中a為曲柄中心到主軸頸中心的距離。a===29.9 = 其中:曲柄銷承受的來(lái)自連桿力中沿曲柄銷半徑方向的力。 ：連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力。根據(jù)連桿大小頭質(zhì)量和長(zhǎng)度的關(guān)系式，一般情況下 ：=9:2，所以=4.5*0.202=0.909kg ：曲柄銷離心力。估算 ===0.743kg :曲柄離心力。=0.56=0.56*0.743=0.416kg ：平衡重離心力。=0.5=0.5*0.416=0.208kg 由于知道 = 其中 ， =6644.2*=6644.2*7.366=48941.2N(見(jiàn)附錄3) =6644.2*=6644.2*(-1.04)=-6910.0N(見(jiàn)附錄3) ==（++2-2）r =(0.909+0.743+2*0.416-2*0.208)*0.046* =28182.9N ===10379.2N ===-17546.45N =*a=10379.2*29.9=310338.1mm =*a=-17546.45*29.9=-524638.9mm 則==310338.1/6155.79=50.4MPa ==-17546.45/6155.79=-8.52MPa :圓角彎曲名義應(yīng)力幅值 ===29.46MPa ：平均應(yīng)力 ===20.94MPa =) 其中：有效總不均勻度系數(shù)，=1+*（-1） ：應(yīng)力集中敏感系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.7 則 =1+0.7*（1.46-1）=1.322 ：曲軸材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限。參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=350MPa ：強(qiáng)化系數(shù)，由于設(shè)計(jì)時(shí)選取的加工工藝為滾壓圓角，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.6 ：絕對(duì)尺寸影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.91 ：材料對(duì)應(yīng)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.10 則=350/(1.322*29.46/(1.6*0.91)+0.1*24.54)=11.86 []==350/11.86=29.5MPa :圓角彎曲形狀系數(shù)，=/= :標(biāo)準(zhǔn)曲軸的彎曲形狀系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=2.2 :軸頸重疊度影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.94 : 曲柄寬度影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.84 : 曲柄銷空心度影響系數(shù)， 參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1 : 軸頸減重孔偏心距離影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1 : 與圓角連接的曲柄銷中減重孔至主軸頸的距離l的影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.17 所以=2.2*0.94*0.84*1*1*1.17=2.03 =/=50.4/2.03=24.8MPa<29.5MPa 滿足[]，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 6.2曲軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 τ：圓角名義扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 τ=/ 其中：曲柄銷抗彎斷面系數(shù) =π/32=3.14*/32=19105.8() ：曲柄銷圓角所受扭矩 =-r=()r 其中：曲柄銷承受的來(lái)自連桿力中沿曲柄銷半徑切向的力 由前所述，可知=π/4 其中 =π/4=3.96*=26311.2N =π/4=-0.962*=-6391.8N :主軸頸受到的支座支反力，對(duì)于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的曲軸，=/2 所以，==26311.2*46/2=605157.6Nmm ==-6391.8*46/2=-204537.6Nmm =/=605157.6/19105.8=31.67MPa =/=-204537.6/19105.8=-10.7MPa ==(31.67+10.7)/2=21.2MPa ==(31.67-10.7)/2=10.49MPa =) 其中：材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=200MPa ：有效總不均勻度系數(shù)，1+*（-1） 則1+0.7*（1.32-1）=1.73 ：應(yīng)力集中敏感系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知 ：因圓角半徑過(guò)小引起的固有應(yīng)力集中系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.32 ：強(qiáng)化系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知β=1.6 ：尺寸系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.89 ：材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.05 =200/[(1.73*29.46)/(1.6*0.89)+0.05*10.49]=5.51 :圓角扭轉(zhuǎn)形狀系數(shù)，=/ 其中：軸線對(duì)稱之階梯軸的扭轉(zhuǎn)形狀系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.30 ：曲柄寬度影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.57 ：曲柄厚度影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.26 : 軸頸重疊度影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=0.89 ：軸頸空心偏心距影響系數(shù)，參考《內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)》知=1.0 =1.30*1.57*1.26*0.89*1.0=2.23 =/=31.67/2.23=14.2MPa [τ]==200/5.51=36.3MPa＞14.2MPa 滿足， <[τ]該曲軸能達(dá)到設(shè)計(jì)使用的性能要求。 7小結(jié) 通過(guò)這次《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，我對(duì)專業(yè)課的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了深一層次的學(xué)習(xí)、整理，了解到隨著內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展與強(qiáng)化，曲軸的工作條件愈加嚴(yán)酷，所以設(shè)計(jì)上正確選擇曲軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸、材料與工藝變得越來(lái)越重要，以期獲得滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 通過(guò)查閱各種設(shè)計(jì)手冊(cè)和教材，參考網(wǎng)絡(luò)資源，我終于完成了課程設(shè)計(jì)，收獲了很多。 8參考文獻(xiàn) [1] 楊連生．內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981． [2] 徐兀．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)．人民交通出版社． [3] 唐增寶，何永然，劉安?。畽C(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)．武漢：華中科技大學(xué)出版社，1999． [4] 周龍保．內(nèi)燃機(jī)學(xué)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005． [5] 陳家瑞.汽車構(gòu)造. 人民交通出版社，2002． [6] 吳兆漢．內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)．北京：北京理工大學(xué)出版社，1990． [7] 沈維道．工程熱力學(xué)．北京：高等教育出版社，2002． 附 錄 附表1 一些需要的參數(shù) 活塞行程S（mm） 活塞直徑D(mm) 轉(zhuǎn)速n（r/min） 往復(fù)慣性質(zhì)量mj(kg) 壓縮比ε 余隙容積Vc（L) 92 92 5200 0.455 9 0.076 曲柄半徑r(mm) 連桿長(zhǎng)度l(mm) 半徑/長(zhǎng)度比λ 曲柄角速度ω（rad/s) 進(jìn)氣壓力Pa（MPa) 壓力升高比 46 184 0.25 544.3 0.09 6 多變指數(shù)n1 多變指數(shù)n2 氣缸總?cè)莘eVa(L) 排量（L) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mr(kg) 活塞面積Fh（cm2) 1.35 1.25 0.69 0.61 2.276 66.5 附表2 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算圖表 α α對(duì)應(yīng)弧度 X（m） V(m/s) a（m/s) 氣缸體積（L） Pg（MPa） 0 0.0000 0.0000 0.0000 17033.0068 0.0000 0.0760 0.0900 5 0.0873 0.0002 2.7255 16929.4002 -0.2421 0.0775 0.0900 10 0.1745 0.0009 5.4179 16620.5478 -0.1364 0.0818 0.0900 15 0.2618 0.0020 8.0446 16112.3002 0.1633 0.0890 0.0900 20 0.3491 0.0034 10.5745 15414.2406 0.2303 0.0989 0.0900 25 0.4363 0.0053 12.9781 14539.4385 -0.0331 0.1115 0.0900 30 0.5236 0.0076 15.2284 13504.1139 -0.2496 0.1265 0.0900 35 0.6109 0.0102 17.3010 12327.2241 -0.1073 0.1438 0.0900 40 0.6981 0.0131 19.1750 11029.9823 0.1874 0.1633 0.0900 45 0.7854 0.0163 20.8328 9635.3237 0.2144 0.1846 0.0900 50 0.8727 0.0198 22.2609 8167.3344 -0.0656 0.2076 0.0900 55 0.9599 0.0235 23.4493 6650.6588 -0.2526 0.2320 0.0900 60 1.0472 0.0273 24.3923 5109.9020 -0.0763 0.2575 0.0900 65 1.1345 0.0313 25.0879 3569.0466 0.2082 0.2838 0.0900 70 1.2217 0.0353 25.5380 2050.8971 0.1947 0.3108 0.0900 75 1.3090 0.0395 25.7479 576.5699 -0.0971 0.3382 0.0900 80 1.3963 0.0436 25.7263 -834.9577 -0.2511 0.3656 0.0900 85 1.4835 0.0477 25.4844 -2167.2279 -0.0440 0.3929 0.0900 90 1.5708 0.0518 25.0363 -3406.6014 0.2254 0.4198 0.0900 95 1.6581 0.0557 24.3976 -4542.4669 0.1717 0.4462 0.0900 100 1.7453 0.0596 23.5855 -5567.3586 -0.1269 0.4718 0.0900 105 1.8326 0.0633 22.6184 -6476.9765 -0.2451 0.4964 0.0900 110 1.9199 0.0668 21.5148 -7270.1132 -0.0111 0.5199 0.0900 115 2.0071 0.0702 20.2932 -7948.4889 0.2386 0.5422 0.0900 120 2.0944 0.0733 18.9718 -8516.5034 0.1457 0.5631 0.0900 125 2.1817 0.0762 17.5677 -8980.9113 -0.1546 0.5826 0.0900 130 2.2689 0.0789 16.0969 -9350.4347 -0.2347 0.6005 0.0900 135 2.3562 0.0814 14.5738 -9635.3237 0.0221 0.6169 0.0900 140 2.4435 0.0836 13.0110 -9846.8820 0.2476 0.6316 0.0900 145 2.5307 0.0856 11.4194 -9996.9716 0.1172 0.6446 0.0900 150 2.6180 0.0873 9.8079 -10097.5126 -0.1797 0.6559 0.0900 155 2.7053 0.0887 8.1834 -10159.9962 -0.2201 0.6655 0.0900 160 2.7925 0.0899 6.5513 -10195.0246 0.0549 0.6733 0.0900 165 2.8798 0.0908 4.9151 -10211.8936 0.2521 0.6794 0.0900 170 2.9671 0.0915 3.2771 -10218.2315 0.0868 0.6838 0.0900 175 3.0543 0.0919 1.6386 -10219.7054 -0.2016 0.6864 0.0900 180 3.1416 0.0920 0.0000 -10219.8041 -0.2017 0.6873 0.0900 185 3.2289 0.0919 -1.6386 -10219.7054 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