kw四沖程汽油機(jī)曲軸設(shè)計(jì)電子

1、學(xué) 號(hào)： 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-41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 沖程數(shù)的選擇-4 冷卻方式-4 汽缸數(shù)與氣缸布置方式-4 1.3基本參數(shù)-4 形成缸徑比的選擇-4 氣缸工作容積V，缸徑D的選擇-42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-73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連桿比的選擇-8 3.3活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律-83.4連桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律-104動(dòng)力學(xué)計(jì)算-10

2、4.1質(zhì)量轉(zhuǎn)換-104.2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-144.3輸出合成轉(zhuǎn)矩-155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 曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求-15 曲軸的結(jié)構(gòu)形式-16 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 主要尺寸-16 一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)-17.1油道布置-17.2曲軸兩端的結(jié)構(gòu)-17.3曲軸的止推-18.4過(guò)渡圓角-18.5平衡分析-186曲軸強(qiáng)度的校核-196.1曲軸的彎曲強(qiáng)度校核-196.2曲軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核-217小結(jié)-238參考文獻(xiàn)-24附錄-25附表1-25附錄2

3、-25附錄3-29100kw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)11初始條件額定功率：P100KW 平均有效壓力: QUOTE =0.81.2MPa活塞平均速度：Vm18ms12發(fā)動(dòng)機(jī)類型沖程數(shù)的選擇四沖程（=4）冷卻方式水冷 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)行程缸徑比SD的選擇 初步選擇行程缸徑比為S

4、D=1.01.3.2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（30）Vm=S*n30000Vs=D*S4000000 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

5、整為5200r/minVs=0.577LD=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=0.61LS/D=1.0Pme=0.946MPaVm=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

6、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=1.321.38，初步取n=1.35 膨脹過(guò)程絕熱指數(shù)n=1.231.28，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=612，初取=9 根據(jù)參考文獻(xiàn)【發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)】p=69，初取p=62.2P-V圖的繪制通常情況下，壓縮始點(diǎn)的壓強(qiáng)在Pa=（0.80.9） QUOTE （ QUOTE 為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ担?，假定外?QUOTE =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

7、excel中繪出壓縮過(guò)程線。混合氣體在氣缸中壓縮后，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 QUOTE =Pc QUOTE , Pa=0.09MPa, Va=Vc+Vs, Vs=0.61L, =9,得Va=0.69L,Vc=0.076L Pc=1.75MPaPz=p* Pc=12.23MPa。

8、Pz QUOTE =Pb QUOTE ，Pb=0.785MPa。理論的P-V圖如下圖所示： 圖12.3 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8.15MPa8.5MPa，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1215，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2030，經(jīng)調(diào)整后取26。排氣提前角：常使用的范圍是4080，經(jīng)調(diào)整后取60。調(diào)整后的P-V

9、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=688JN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： QUOTE =*/ QUOTE =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)

10、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，=1/31/5，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：=0.25，為曲軸半徑，r=S/2=92/2=46mm 經(jīng)計(jì)算后X-圖如下： 圖3活塞速度：V=r（Sin+Sin2/2） =n/30 n=5200r/min r=0.046m經(jīng)計(jì)算后V-圖如下： 圖4活塞加速度：a=r（Cos+ Cos2）經(jīng)

11、計(jì)算后a-圖如下： 圖53.4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=arcsin（sin）經(jīng)計(jì)算后-圖如下： 圖64.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/rmi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)

12、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。 QUOTE 0.253kg QUOTE =0.202kg往復(fù)質(zhì)量：m= QUOTE + m=1.8 QUOTE =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：=2.7g/cm3，H為活塞高度H=（0.81.0）D=83.7mm4.2作用在活塞上的力作用在活塞銷中心的力，是P和 QUOTE 的合力，P為氣體作用力， QUOTE 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，

13、F對(duì)連桿產(chǎn)生拉力，還對(duì)氣缸產(chǎn)生側(cè)向力 QUOTE F=1/4D（P-P） P活塞頂上的壓力， QUOTE -活塞背壓 側(cè)壓力 QUOTE =Ptan 連桿力 QUOTE =P/cos 切向力 QUOTE = QUOTE sin(+)=P EQ F( sin(+), cos) 徑向力 QUOTE = QUOTE cos(+)=P EQ F(cos(+) , cos) 綜合應(yīng)用上述等式，求解出各力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線。把計(jì)算過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)收錄在附錄3中。引入的角是連桿和氣缸中心線方向的夾角，它和曲軸轉(zhuǎn)角滿足下列關(guān)系式：lsin=rsin 圖7 QUOTE =-0.491( QUOTE ) 圖8 P

14、= QUOTE + P 圖9 QUOTE =Ptan 圖10 QUOTE =P/cos 圖11 QUOTE =P EQ F( sin(+), cos) 圖12 QUOTE =P EQ F(cos(+) , cos) 圖134.2.2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=mrr2，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

15、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（=720/i）的距離，然后疊加的結(jié)果，其變化周期就是。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

16、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

17、到內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化，適當(dāng)留出發(fā)展余地。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)。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)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=

18、（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一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì).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= QUOTE QUOTE 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

19、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。.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。.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)

20、體能自由地沿軸向作熱膨脹。曲軸軸向間隙應(yīng)保持 QUOTE =0.050.2mm，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。.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*sin=0 Rry=m*r*Cos=0 Rr= (Rrx)+( Rry)1/2=02)一階往復(fù)慣性力P=-m*r*Cos=0

21、 3)二階往復(fù)慣性力P =-m*r*Cos2=-4 m*r*Cos2=04）旋轉(zhuǎn)慣性力矩 M=Rrx*r*Cos=2 m*r*sin2=0 M= Rry r*sin=2 m*r*sin2=0 M=M-M=05）一階往復(fù)慣性力矩 M=P*r=-m*r*Cos=06）二階往復(fù)慣性力矩 M=P*r=-m*r*Cos=06.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 QUOTE = QUOTE QUOTE = QUOTE (b:曲柄的寬度，h：曲柄厚度) QUOTE =90.16* QUOTE /6=6155.79 QUOTE QUOTE = QUOTE *a其中a為曲柄中心到主軸頸中

22、心的距離。a= QUOTE = QUOTE =29.9 QUOTE = QUOTE 其中 QUOTE :曲柄銷承受的來(lái)自連桿力中沿曲柄銷半徑方向的力。 QUOTE ：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 QUOTE ： QUOTE =9:2，所以 QUOTE =4.5*0.202=0.909kg QUOTE ：曲柄銷離心力。估算 QUOTE = QUOTE = QUOTE =0.743kg QUOTE :曲柄離心力。 QUOTE =0.56 QUOTE =0.56*0.743=0.416kg QUOTE ：平衡重離心力。 QUOTE =0.5 QUOTE =0.5

23、*0.416=0.208kg由于知道 QUOTE = QUOTE 其中 QUOTE ， QUOTE =6644.2* QUOTE =6644.2*7.366=48941.2N(見(jiàn)附錄3) QUOTE =6644.2* QUOTE =6644.2*(-1.04)=-6910.0N(見(jiàn)附錄3) QUOTE = QUOTE =（ QUOTE + QUOTE +2 QUOTE -2 QUOTE ）r QUOTE =(0.909+0.743+2*0.416-2*0.208)*0.046* QUOTE =28182.9N QUOTE = QUOTE = QUOTE =10379.2N QUOTE = QU

24、OTE = QUOTE =-17546.45N QUOTE = QUOTE *a=10379.2*29.9=310338.1mm QUOTE = QUOTE *a=-17546.45*29.9=-524638.9mm則 QUOTE = QUOTE =310338.1/6155.79=50.4MPa QUOTE = QUOTE =-17546.45/6155.79=-8.52MPa QUOTE :圓角彎曲名義應(yīng)力幅值 QUOTE = QUOTE = QUOTE =29.46MPa QUOTE ：平均應(yīng)力 QUOTE = QUOTE = QUOTE =20.94MPa QUOTE = QUOTE

25、) QUOTE 其中 QUOTE ：有效總不均勻度系數(shù)， QUOTE =1+ QUOTE *（ QUOTE -1） QUOTE ：應(yīng)力集中敏感系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =0.7 則 QUOTE =1+0.7*（1.46-1）=1.322 QUOTE ：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 QUOTE =350MPa QUOTE ：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 QUOTE =1.6 QUOTE ：絕對(duì)尺寸影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =0.91 QUOTE ：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 QUOTE =0.10

26、則 QUOTE =350/(1.322*29.46/(1.6*0.91)+0.1*24.54)=11.86 QUOTE = QUOTE =350/11.86=29.5MPa QUOTE :圓角彎曲形狀系數(shù)， QUOTE = QUOTE / QUOTE = QUOTE QUOTE :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 QUOTE =2.2 QUOTE :軸頸重疊度影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =0.94 QUOTE : 曲柄寬度影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =0.84 QUOTE : 曲柄銷空心度影響系數(shù)， 參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =1 QUOTE : 軸頸減重孔

27、偏心距離影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =1 QUOTE : 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 QUOTE =1.17所以 QUOTE =2.2*0.94*0.84*1*1*1.17=2.03 QUOTE = QUOTE / QUOTE =50.4/2.03=24.8MPa29.5MPa滿足 QUOTE QUOTE ，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。6.2曲軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 ：圓角名義扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 = QUOTE / QUOTE 其中 QUOTE ：曲柄銷抗彎斷面系數(shù) QUOTE = QUOTE /32=3.14* QUOTE /32=19105.8 QUOTE ( Q

28、UOTE ) QUOTE ：曲柄銷圓角所受扭矩 QUOTE = QUOTE - QUOTE r=( QUOTE )r 其中 QUOTE ：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 QUOTE = QUOTE /4 其中 QUOTE QUOTE = QUOTE /4=3.96* QUOTE =26311.2N QUOTE = QUOTE /4=-0.962* QUOTE =-6391.8N QUOTE :主軸頸受到的支座支反力，對(duì)于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的曲軸， QUOTE = QUOTE /2所以， QUOTE = QUOTE =26311.2*46/2=605157.6Nmm QUOTE

29、 = QUOTE =-6391.8*46/2=-204537.6Nmm QUOTE = QUOTE / QUOTE =605157.6/19105.8=31.67MPa QUOTE = QUOTE / QUOTE =-204537.6/19105.8=-10.7MPa QUOTE = QUOTE =(31.67+10.7)/2=21.2MPa QUOTE = QUOTE =(31.67-10.7)/2=10.49MPa QUOTE = QUOTE ) QUOTE 其中 QUOTE ：材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =200MPa QUOTE ：有效總不均勻度系數(shù)， QUOTE

30、1+ QUOTE *（ QUOTE -1）則 QUOTE 1+0.7*（1.32-1）=1.73 QUOTE ：應(yīng)力集中敏感系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE QUOTE ：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 QUOTE =1.32 QUOTE ：強(qiáng)化系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知=1.6 QUOTE ：尺寸系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =0.89 QUOTE ：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 QUOTE =0.05 QUOTE =200/(1.73*29.46)/(1.6*0.89)+0.05*10.49=5.51 QUOTE :圓角扭轉(zhuǎn)形狀系數(shù)， QUO

31、TE = QUOTE / QUOTE 其中 QUOTE ：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 QUOTE =1.30 QUOTE ：曲柄寬度影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =1.57 QUOTE ：曲柄厚度影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =1.26 QUOTE : 軸頸重疊度影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =0.89 QUOTE ：軸頸空心偏心距影響系數(shù)，參考內(nèi)燃機(jī)手冊(cè)知 QUOTE =1.0 QUOTE =1.30*1.57*1.26*0.89*1.0=2.23 QUOTE = QUOTE / QUOTE =31.67/2.23=14.2MPa = QU

32、OTE =200/5.51=36.3MPa14.2MPa 滿足， QUOTE 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，19812 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，劉安俊機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)武漢：華中科技大學(xué)出版社，199

33、94 周龍保內(nèi)燃機(jī)學(xué)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20055 陳家瑞.汽車構(gòu)造. 人民交通出版社，20026 吳兆漢內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)北京：北京理工大學(xué)出版社，19907 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)壓縮比余隙容積Vc（L)929252000.45590.076曲柄半徑r(mm)連桿長(zhǎng)度l(mm)半徑/長(zhǎng)度比曲柄角速度（rad/s)進(jìn)氣壓力Pa（MPa)壓力升高比461840.25544.30.096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

34、Fh（cm2)1.351.250.690.612.27666.5 附表2 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算圖表對(duì)應(yīng)弧度X（m）V(m/s)a（m/s)氣缸體積（L）Pg（MPa）00.0000 0.0000 0.0000 17033.0068 0.0000 0.0760 0.0900 50.0873 0.0002 2.7255 16929.4002 -0.2421 0.0775 0.0900 100.1745 0.0009 5.4179 16620.5478 -0.1364 0.0818 0.0900 150.2618 0.0020 8.0446 16112.3002 0.1633 0.0890 0.0900 20

35、0.3491 0.0034 10.5745 15414.2406 0.2303 0.0989 0.0900 250.4363 0.0053 12.9781 14539.4385 -0.0331 0.1115 0.0900 300.5236 0.0076 15.2284 13504.1139 -0.2496 0.1265 0.0900 350.6109 0.0102 17.3010 12327.2241 -0.1073 0.1438 0.0900 400.6981 0.0131 19.1750 11029.9823 0.1874 0.1633 0.0900 450.7854 0.0163 20.

36、8328 9635.3237 0.2144 0.1846 0.0900 500.8727 0.0198 22.2609 8167.3344 -0.0656 0.2076 0.0900 550.9599 0.0235 23.4493 6650.6588 -0.2526 0.2320 0.0900 601.0472 0.0273 24.3923 5109.9020 -0.0763 0.2575 0.0900 651.1345 0.0313 25.0879 3569.0466 0.2082 0.2838 0.0900 701.2217 0.0353 25.5380 2050.8971 0.1947

37、0.3108 0.0900 751.3090 0.0395 25.7479 576.5699 -0.0971 0.3382 0.0900 801.3963 0.0436 25.7263 -834.9577 -0.2511 0.3656 0.0900 851.4835 0.0477 25.4844 -2167.2279 -0.0440 0.3929 0.0900 901.5708 0.0518 25.0363 -3406.6014 0.2254 0.4198 0.0900 951.6581 0.0557 24.3976 -4542.4669 0.1717 0.4462 0.0900 1001.7

38、453 0.0596 23.5855 -5567.3586 -0.1269 0.4718 0.0900 1051.8326 0.0633 22.6184 -6476.9765 -0.2451 0.4964 0.0900 1101.9199 0.0668 21.5148 -7270.1132 -0.0111 0.5199 0.0900 1152.0071 0.0702 20.2932 -7948.4889 0.2386 0.5422 0.0900 1202.0944 0.0733 18.9718 -8516.5034 0.1457 0.5631 0.0900 1252.1817 0.0762 1

39、7.5677 -8980.9113 -0.1546 0.5826 0.0900 1302.2689 0.0789 16.0969 -9350.4347 -0.2347 0.6005 0.0900 1352.3562 0.0814 14.5738 -9635.3237 0.0221 0.6169 0.0900 1402.4435 0.0836 13.0110 -9846.8820 0.2476 0.6316 0.0900 1452.5307 0.0856 11.4194 -9996.9716 0.1172 0.6446 0.0900 1502.6180 0.0873 9.8079 -10097.

40、5126 -0.1797 0.6559 0.0900 1552.7053 0.0887 8.1834 -10159.9962 -0.2201 0.6655 0.0900 1602.7925 0.0899 6.5513 -10195.0246 0.0549 0.6733 0.0900 1652.8798 0.0908 4.9151 -10211.8936 0.2521 0.6794 0.0900 1702.9671 0.0915 3.2771 -10218.2315 0.0868 0.6838 0.0900 1753.0543 0.0919 1.6386 -10219.7054 -0.2016

41、0.6864 0.0900 1803.1416 0.0920 0.0000 -10219.8041 -0.2017 0.6873 0.0900 1853.2289 0.0919 -1.6386 -10219.7054 0.0868 0.6864 0.0902 1903.3161 0.0915 -3.2771 -10218.2315 0.2521 0.6838 0.0906 1953.4034 0.0908 -4.9151 -10211.8936 0.0549 0.6794 0.0914 2003.4907 0.0899 -6.5513 -10195.0246 -0.2201 0.6733 0.

42、0925 2053.5779 0.0887 -8.1834 -10159.9962 -0.1797 0.6655 0.0940 2103.6652 0.0873 -9.8079 -10097.5126 0.1172 0.6559 0.0959 2153.7525 0.0856 -11.4194 -9996.9716 0.2476 0.6446 0.0981 2203.8397 0.0836 -13.0110 -9846.8820 0.0221 0.6316 0.1009 2253.9270 0.0814 -14.5738 -9635.3237 -0.2347 0.6169 0.1041 230

43、4.0143 0.0789 -16.0969 -9350.4347 -0.1546 0.6005 0.1080 2354.1015 0.0762 -17.5677 -8980.9113 0.1457 0.5826 0.1125 2404.1888 0.0733 -18.9718 -8516.5034 0.2386 0.5631 0.1178 2454.2761 0.0702 -20.2932 -7948.4889 -0.0111 0.5422 0.1240 2504.3633 0.0668 -21.5148 -7270.1132 -0.2451 0.5199 0.1312 2554.4506

44、0.0633 -22.6184 -6476.9765 -0.1269 0.4964 0.1396 2604.5379 0.0596 -23.5855 -5567.3586 0.1717 0.4718 0.1496 2654.6251 0.0557 -24.3976 -4542.4669 0.2254 0.4462 0.1613 2704.7124 0.0518 -25.0363 -3406.6014 -0.0440 0.4198 0.1751 2754.7997 0.0477 -25.4844 -2167.2279 -0.2511 0.3929 0.1915 2804.8869 0.0436

45、-25.7263 -834.9577 -0.0971 0.3656 0.2110 2854.9742 0.0395 -25.7479 576.5699 0.1947 0.3382 0.2344 2905.0615 0.0353 -25.5380 2050.8971 0.2082 0.3108 0.2627 2955.1487 0.0313 -25.0879 3569.0466 -0.0763 0.2838 0.2970 3005.2360 0.0273 -24.3923 5109.9020 -0.2526 0.2575 0.3388 3055.3233 0.0235 -23.4493 6650

46、.6588 -0.0656 0.2320 0.3900 3105.4105 0.0198 -22.2609 8167.3344 0.2144 0.2076 0.4530 3155.4978 0.0163 -20.8328 9635.3237 0.1874 0.1846 0.5307 3205.5851 0.0131 -19.1750 11029.9823 -0.1072 0.1633 0.6264 3255.6723 0.0102 -17.3010 12327.2241 -0.2496 0.1438 0.7434 3305.7596 0.0076 -15.2284 13504.1139 -0.

47、0331 0.1265 0.8842 3355.8469 0.0053 -12.9781 14539.4385 0.2303 0.1115 1.0490 3405.9341 0.0034 -10.5745 15414.2406 0.1633 0.0989 1.2522 3456.0214 0.0020 -8.0446 16112.3002 -0.1364 0.0890 1.8780 3506.1087 0.0009 -5.4179 16620.5478 -0.2421 0.0818 2.8252 3556.1959 0.0002 -2.7255 16929.4002 0.0000 0.0775

48、 4.1359 3606.2832 0.0000 0.0000 17033.0068 0.2421 0.0760 5.3244 3656.3705 0.0002 2.7255 16929.4002 0.1364 0.0775 6.2355 3706.4577 0.0009 5.4179 16620.5478 -0.1633 0.0818 7.3570 3756.5450 0.0020 8.0446 16112.3002 -0.2303 0.0890 7.7643 3806.6323 0.0034 10.5745 15414.2406 0.0331 0.0989 7.4968 3856.7195

49、 0.0053 12.9781 14539.4385 0.2496 0.1115 6.5877 3906.8068 0.0076 15.2284 13504.1139 0.1073 0.1265 5.4533 3956.8941 0.0102 17.3010 12327.2241 -0.1874 0.1438 4.6441 4006.9813 0.0131 19.1750 11029.9823 -0.2144 0.1633 3.9634 4057.0686 0.0163 20.8328 9635.3237 0.0656 0.1846 3.3995 4107.1558 0.0198 22.260

50、9 8167.3344 0.2526 0.2076 2.9359 4157.2431 0.0235 23.4493 6650.6588 0.0763 0.2320 2.5555 4207.3304 0.0273 24.3923 5109.9020 -0.2082 0.2575 2.2431 4257.4176 0.0313 25.0879 3569.0466 -0.1947 0.2838 1.9857 4307.5049 0.0353 25.5380 2050.8971 0.0971 0.3108 1.7725 4357.5922 0.0395 25.7479 576.5699 0.2511

51、0.3382 1.5953 4407.6794 0.0436 25.7263 -834.9577 0.0440 0.3656 1.4471 4457.7667 0.0477 25.4844 -2167.2279 -0.2254 0.3929 1.3225 4507.8540 0.0518 25.0363 -3406.6014 -0.1717 0.4198 1.2173 4557.9412 0.0557 24.3976 -4542.4669 0.1269 0.4462 1.1281 4608.0285 0.0596 23.5855 -5567.3586 0.2451 0.4718 1.0522

52、4658.1158 0.0633 22.6184 -6476.9765 0.0111 0.4964 0.9874 4708.2030 0.0668 21.5148 -7270.1132 -0.2386 0.5199 0.9319 4758.2903 0.0702 20.2932 -7948.4889 -0.1457 0.5422 0.8843 4808.3776 0.0733 18.9718 -8516.5034 0.1546 0.5631 0.8434 4858.4648 0.0762 17.5677 -8980.9113 0.2347 0.5826 0.8083 4908.5521 0.0

53、789 16.0969 -9350.4347 -0.0221 0.6005 0.7782 4958.6394 0.0814 14.5738 -9635.3237 -0.2476 0.6169 0.7525 5008.7266 0.0836 13.0110 -9846.8820 -0.1172 0.6316 0.7307 5058.8139 0.0856 11.4194 -9996.9716 0.1797 0.6446 0.7123 5108.9012 0.0873 9.8079 -10097.5126 0.2201 0.6559 0.6970 5158.9884 0.0887 8.1834 -

54、10159.9962 -0.0549 0.6655 0.6845 5209.0757 0.0899 6.5513 -10195.0246 -0.2521 0.6733 0.6745 5259.1630 0.0908 4.9151 -10211.8936 -0.0868 0.6794 0.6670 5309.2502 0.0915 3.2771 -10218.2315 0.2016 0.6838 0.6616 5359.3375 0.0919 1.6386 -10219.7054 0.2017 0.6864 0.6585 5409.4248 0.0920 0.0000 -10219.8041 -

55、0.0868 0.6873 0.6574 5459.5120 0.0919 -1.6386 -10219.7054 -0.2521 0.6864 0.6574 5509.5993 0.0915 -3.2771 -10218.2315 -0.0549 0.6838 0.6574 5559.6866 0.0908 -4.9151 -10211.8936 0.2201 0.6794 0.6574 5609.7738 0.0899 -6.5513 -10195.0246 0.1797 0.6733 0.6574 5659.8611 0.0887 -8.1834 -10159.9962 -0.1172

56、0.6655 0.6574 5709.9484 0.0873 -9.8079 -10097.5126 -0.2476 0.6559 0.6574 57510.0356 0.0856 -11.4194 -9996.9716 -0.0221 0.6446 0.6574 58010.1229 0.0836 -13.0110 -9846.8820 0.2347 0.6316 0.6574 58510.2102 0.0814 -14.5738 -9635.3237 0.1546 0.6169 0.6574 59010.2974 0.0789 -16.0969 -9350.4347 -0.1457 0.6

57、005 0.6574 59510.3847 0.0762 -17.5677 -8980.9113 -0.2386 0.5826 0.6574 60010.4720 0.0733 -18.9718 -8516.5034 0.0110 0.5631 0.6574 60510.5592 0.0702 -20.2932 -7948.4889 0.2451 0.5422 0.6574 61010.6465 0.0668 -21.5148 -7270.1132 0.1269 0.5199 0.6574 61510.7338 0.0633 -22.6184 -6476.9765 -0.1716 0.4964

58、 0.6574 62010.8210 0.0596 -23.5855 -5567.3586 -0.2254 0.4718 0.6574 62510.9083 0.0557 -24.3976 -4542.4669 0.0440 0.4462 0.6574 63010.9956 0.0518 -25.0363 -3406.6014 0.2511 0.4198 0.6574 63511.0828 0.0477 -25.4844 -2167.2279 0.0971 0.3929 0.6574 64011.1701 0.0436 -25.7263 -834.9577 -0.1947 0.3656 0.6

59、574 64511.2574 0.0395 -25.7479 576.5699 -0.2082 0.3382 0.6574 65011.3446 0.0353 -25.5380 2050.8971 0.0763 0.3108 0.6574 65511.4319 0.0313 -25.0879 3569.0466 0.2526 0.2838 0.6574 66011.5192 0.0273 -24.3923 5109.9020 0.0657 0.2575 0.6574 66511.6064 0.0235 -23.4493 6650.6588 -0.2144 0.2320 0.6574 67011

60、.6937 0.0198 -22.2609 8167.3344 -0.1874 0.2076 0.6574 67511.7810 0.0163 -20.8328 9635.3237 0.1072 0.1846 0.6574 68011.8682 0.0131 -19.1750 11029.9823 0.2496 0.1633 0.6574 68511.9555 0.0102 -17.3010 12327.2241 0.0331 0.1438 0.6574 69012.0428 0.0076 -15.2284 13504.1139 -0.2303 0.1265 0.6574 69512.1300