曲轴设计项目说明指导书.doc

武汉理工大学毕业设计 本科毕业设计（论文） 题 目 186F曲轴设计和 校核计算 姓 名 专 业 学 号 指导老师 *学院车辆和交通工程系 二一四年五月目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 研究背景11.2 中国外研究现实状况和发展趋势11.2.1 曲轴结构设计发展21.2.2 曲轴强度计算发展21.3 零件分析31.4 零件作用31.5 186F柴油机曲轴设计目标31.5.1 毕业设计目标31.5.2 186F柴油机基础参数42 曲轴工作条件、结构型式和材料选择52.1 曲轴工作条件和设计要求52.2 曲轴材料62.3 曲轴结构型式选择62.4 曲轴强化方法63 曲轴关键尺寸确实定和结构细节设计83.1 曲轴83.1.1 曲轴简述83.1.2 曲轴设计93.2 曲柄123.2.1 曲柄简述123.2.2 曲柄设计133.3 飞轮133.3.1飞轮简述133.3.2飞轮设计144 柴油机曲轴校核计算154.1 曲轴校核154.2 曲轴疲惫强度计算15总 结19致 谢20参考文件21186F曲轴设计和校核计算摘 要曲轴是柴油发动机关键零件。它作用是把活塞往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和柴油发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不停改变压力、惯性力和它们力矩作用，所以要求曲轴含有强度高、刚度大、耐磨性好，轴颈表面加工尺寸正确，且润滑可靠。本文关键分为四个部分：第一部分为本文开篇，即绪论部分，关键介绍柴油机、曲轴，对中国外研究现实状况进行综述和评价。第二部分关键介绍了柴油机曲轴工作条件、结构型式和材料选择。第三部分是柴油机关键部件设计。第四部分以186F柴油机为例，经过查阅内燃机设计手册，对内燃机曲轴运动部件做了校核。最终，为此次毕业设计总结，优缺点等。本设计是依据被加工曲轴技术要求，进行机械零件设计，然后依据内燃机设计基础原理和方法，确定曲轴设计方案，完成结构设计。关键工作有：绘制产品零件图，了解零件结构特点和技术要求；绘制装配总图和关键零件图。关键词：内燃机；发动机；曲轴；设计 （此毕业设计取得优异毕业设计荣誉，有完整零件图，装配图，而且有开题汇报、外文翻译，确保让你毕业设计顺利过关！先找份好工作，不再为毕业设计而发愁！有需要零件图和装配图同学请联络QQ：）186F DESIGNAND CHECKING CALCULATION OF CRANKSHAFTAbstractThe crankshaft is one of the important parts of diesel engine. Its role is to put the piston reciprocating linear motion into rotary motion and the effect on piston gas pressure become torque, used to drive machinery and diesel engines each auxiliary system to work. Crankshaft under changing pressure at work, the inertial force and their moment, therefore requires the crankshaft has high strength, stiffness big, wearability, shaft neck surface processing size accurate, reliable and lubrication.This paper is divided into four main parts: the first part of this article, namely the introduction part, mainly introduces the diesel engine, the crankshaft, the research status at home and abroad were reviewed and summarized and evaluated. The second part mainly introduces the working conditions of the diesel engine crankshaft, structural type and material selection. The third part is the design of main parts of a diesel engine. The fourth part with 186 f diesel engine as an example, through the consult internal combustion engine design manual, the internal combustion engine crankshaft did check the moving parts. As the summary of this graduation design, advantages and disadvantages, etc.This design is according to the technical requirements of the processing of the crankshaft, the mechanical parts design, and then according to the basic principle and method of internal combustion engine design, proposed design of crankshaft, complete structure design. Main work includes: map parts, understand the components of the structure features and technical requirements; Mapping the general layout and main assembly parts.Keywerds: internal combustion engine;engine;crankshaft;design1 绪论1.1 研究背景柴油机和汽油机相比其燃料、可燃混合气形成和点火方法全部不相同，而柴油机采取压缩空气措施提升空气温度，所以柴油机功率更大、经济性能愈加好，这也造成柴油机工作压力大，要求各相关零件含有较高结构强度和刚度。曲轴是发动机中最关键零件之一。它尺寸参数不仅影响着发动机整体尺寸和重量，而且也在很大程度上影响着发动机可靠性和寿命。因为曲轴破坏事故可能引发发动机其它零件严重损坏，在发动机结构改善中，曲轴改善也占相关键地位。伴随内燃机发展和强化，曲轴工作条件越来越恶劣了。所以，曲轴强度和刚度问题就变得愈加严重了。在设计曲轴时，必需正确选择曲轴尺寸参数、结构型式、材料和工艺，以求取得经济最合理效果。1.2 中国外研究现实状况和发展趋势伴伴随汽车工业发展，中国发动机曲轴生产得到较大发展，总量已具相当规模，不管是设计水平，还是产品品种、质量、生产规模、生产方法全部有很大发展。曲轴在发动机中是承受载荷传输动力关键零部件，也是发动机五大零部件中最难以确保加工质量零部件，其性能、水平直接影响整机性能水平及可靠性。所以，各工业发达国家十分重视曲轴生产，不停改善其材质及加工手段， 以提升其性能水平，满足发动机行业需要。近几年来， 中国曲轴加工发展十分快速。尤其是大功率柴油机曲轴。优异加工工艺加工出曲轴质量好、效率高且稳定，伴伴随汽车工业发展，中国发动机曲轴生产得到较大发展，总量已具相当规模，不管是设计水平，还是产品品种、质量、生产规模、生产方法全部有很大发展。多年来，中国专业生产内燃机曲轴厂家经过引进外来技术和自行开发新技术，总体水平有了很大提升，不过中国技术水平距世界优异水平还是相差很远，甚至还无法满足我们中国燃机工业技术发展需要。伴随现在发动机高功率、高扭矩、高转速化设计，大家对曲轴性能指标要求也越来越高，要求其能在高速运行环境条件下仍然能够平稳、可靠地工作，所以对曲轴设计有了更高要求。现在曲轴设计种类很多，常见有曲轴工作条件和材料选择、曲轴关键尺寸确实定和机构细节设计、曲轴疲惫强度校核等。曲轴结构尺寸、材料及强化工艺确实定是曲轴设计关键，曲轴校核计算是对曲轴设计最初验证及优化设计关键方法之一。对曲轴校核计算是对曲轴设计又一次仿真试验，同时也是检验曲轴设计成败一个关键步骤。曲轴在实际整机中耐久性试验是对曲轴设计一份最终答卷。1.2.1 曲轴结构设计发展曲轴结构设计在过去几十年中得到了飞速发展。在曲轴设计前期通常是根据现有经验公式计算或对现有曲轴进行类比设计。再有了初步设计以后造出曲轴样品然后进行试验，经过试验数据对曲轴设计进行合适改善。曲轴设计计算发展到现在已经有了很大进步。伴随现代内燃机正向高可靠、高紧凑性、高经济性方向不停发展，传统以经验、试凑、定性为关键设计内容设计方法已经不能满足现代科技发展需要，伴伴随高科技技术不停发展，内燃机及其零部件设计发展很速速，现已经发展到了采取包含有限元法、优化设计、动态设计等现代优异设计技术在内计算机分析、估计和模拟阶段。因为曲轴工作时所受载荷及约束均十分复杂，所以对整根曲轴进行有限元计算不易取得成功。较合理模型是用较小有代表性一部分来代表整根曲轴，比如用二分之一或四分之一曲柄来建立计算模型。其前提是在合适计算时间内取得足够精度，同时也使力边界条件和约束边界条件尽可能简化。伴随现代计算机技术飞速发展和应用软件开发这些在原来看来是不可能事情在现在已经成为现实。1.2.2 曲轴强度计算发展六十年代以前很长一段时间内，大家关键使用试验手段来研究曲轴强度。伴随科学技术飞速发展，最近几十年来曲轴计算方法应用分析精度有了很大提升，现在能够相当正确地确定曲轴在任一工况下任一部位应力，所以对也能够作比较正确评定曲轴整体强度。六十年代到七十年代，出现了整体曲轴计算连续梁模型和空间钢架模型。在六十年代末期，美国Poter提出了曲柄刚度一个经验算法，因为计算方法比较繁琐，而且缺乏试验和实践验证。随即，又有些人提出了一个算法曲柄刚度斜截面法，在计算精度较有了新提升，因为不能考虑到削去肩部和中心油孔等原因影响，刚度计算仍然比实测值大。现在曲轴强度计算全部归结为疲惫强度计算，其计算步骤分为以下两步一是应力计算，求出曲轴危险部位应力幅和平均应力；二是在此基础上进行疲惫强度计算。常见应力计算方法有三种：传统法、有限元法和边界元法。1.3 零件分析曲轴关键技术要求分析：（1）主轴颈、连杆轴颈本身精度，即尺寸公关等级为IT6，表面粗糙度Ra值为1.250.63m。通常轴颈长度公差等级为IT9IT10。轴颈形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之内。（3）位置精度，位置精度包含有主轴颈和连杆轴颈平行度：通常在100mm之内不能大于0.02mm；曲轴各主轴颈同轴度：对于小型高速曲轴为0.025mm，对于中大型低速曲轴为0.030.08mm。（3）曲轴各连杆轴颈位置度应小于20。1.4 零件作用曲轴是柴油发动机关键零件。它作用是把活塞往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞上气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和柴油发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不停改变压力、惯性力和它们力矩作用，所以要求曲轴含有强度高、刚度大、耐磨性好，轴颈表面加工尺寸正确。1.5 186F柴油机曲轴设计目标1.5.1 毕业设计目标 毕业设计是在校期间最终一份作业；是对我们学生综合素质和实践能力培养效果一个全方面检测。毕业设计目标是培养学生综合应用所学基础课程、技术基础课程、专业课基础知识和对应技能，和处理内燃机零部件设计问题综合能力和创新能力，提升学生综合素质和分析问题和处理问题能力。经过此次毕业设计能让学生愈加熟练利用所学知识独立完成设计任务。经过大学期间理论知识学习，结合曲轴生产实际问题，利用内燃机设计基础理论和计算方法，独立地完成186F曲轴设计和校核计算，达成综合利用内燃机学知识处理曲轴设计实际问题。1.5.2 186F柴油机基础参数表1.1：186F柴油机技术参数项目参数柴油机型号186F型式单缸四冲程、风冷、直喷式缸径行程/mmmm8670压缩比19排量L0.406标定功率kW5.7最大扭矩转速r/min1800喷油器喷孔数喷孔直径/mm40.24连杆长度/mm117.5供油（喷油）提前角/17（12）BTDC燃烧室形状型2 曲轴工作条件、结构型式和材料选择2.1 曲轴工作条件和设计要求曲轴是在不停周期性改变气体压力、往复和旋转运动质量惯性力和它们力矩共同作用下工作，从而使曲轴既扭转又弯曲，产生疲惫应力状态；对内不平衡发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振方法使曲轴还可能作用着幅值较大扭转振动弹性力矩。这些载荷全部是交变性，可能引发曲轴疲惫失效。实践表明，弯曲载荷含有决定性作用，弯曲疲惫失效是关键破坏形式。所以曲轴结构强度研究关键是弯曲疲惫强度，曲轴设计上要致力于提升曲轴疲惫强度。a） 弯曲疲惫破坏 b）扭转疲惫破坏图2.1 曲轴疲惫破坏曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，尤其在连杆轴颈和曲柄臂过渡圆角处和润滑油孔出口周围应力集中尤为突出。通常曲轴断裂、疲惫裂纹全部始于过渡圆角和油孔处。图2.1表明了曲轴弯曲疲惫破坏和扭转疲惫破坏情况。弯曲疲惫裂缝从轴颈根部表面圆角处发展到曲柄上，基础上成45o折断曲柄；扭转疲惫破坏通常是从机械加工不良油孔边缘开始，约成45o剪断曲柄销。所以，在设计曲轴时，要尤其注意设法缓解应力集中现象，强化应力集中部位。曲轴各轴颈在很高比压下，以很大相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能确保为液体摩擦，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表面遭到强烈磨料磨损，使得曲轴实际使用寿命大大降低。所以，设计时，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好合适材料轴瓦。曲轴是曲柄连杆机构中中心步骤，其刚度要求很严格。假如曲轴弯曲刚度不足，则很可能发生较猛烈弯曲振动，大大恶化整个连杆和轴承工作条件，同时会影响零件工作可靠性和耐久性，曲轴箱局部也可能会因为应力过大而开裂。假如曲轴扭转刚度不足，在工作转速范围内可能会引发产生强烈扭转振动。轻则引发噪音，加紧曲柄上齿轮等传动件磨损；重则使曲轴断裂。所以，曲轴设计时应确保它有尽可能高弯曲刚度和扭转刚度。2.2 曲轴材料在曲轴结构设计和加工工艺全部正确合理情况下，同时曲轴材料强度决定着曲轴体积、重量和寿命。所以，需要依据内燃机零部件用途及强化强度，以选择正确曲轴材料，同时，在确保曲轴能够负担足够强度前提下，曲轴材料尽可能选择通常材料。如以铸代锻，以铁代钢。选择曲轴材料时，除了应含有很好机械性能外，还需要要求含有高度耐磨性，耐疲惫性和冲击韧性。同时还要考虑曲轴加工工艺简便和造价低。发动机曲轴通常见高强度、冲击韧性好中碳钢或中炭合金钢，经模锻和调质处理，对轴颈表面经过高频率淬火和氮化处理，经精加工而成。本设计中采取45钢模锻曲轴。2.3 曲轴结构型式选择曲轴结构型式和其制造方法有直接关系，在进行曲轴设计时必需同时考虑。曲轴有整体式曲轴和组合式曲轴两大型式。而发动机常采取组合式曲轴，这是因为其加工简单，不需要大型模锻设备，它由曲轴左半部、曲轴右半部及曲轴销组成。经过液压压入方法将其接合起来。本设计中采取滚动轴承作主轴承。这是因为使用它含有以下优点：1） 能够采取隧道式曲轴，确保曲轴箱有较高刚度和强度；2） 能够降低摩擦损失，提升机械效率，所以使燃料消耗下降；3） 发动机起动较为轻易，尤其在气温较低时候；4） 采取滚动轴承后，对主轴润滑较易实现。2.4 曲轴强化方法提升曲轴疲惫强度是设计人员必需努力处理问题。为了提升曲轴疲惫强度，能够采取一系列结构设计和工艺设计方法。在结构设计方面，能够采取以下方法：（1）加大轴颈重合度。（2）采取较大圆角半径能够使圆角弯曲形状系数下降，从而提升弯曲强度。（3）轴颈上设计卸载槽使应力分布愈加均匀，而且沿轴颈和曲柄臂宽度最大应力较小，还可能使轴颈到曲柄臂过渡圆角半径增大。（4）曲柄销内卸载孔相对其几何轴线远离曲柄半径中心呈偏心部署使圆角处弯曲应力降低，提升疲惫强度。（5）增大曲柄臂厚度和宽度。除了设计方法外，工艺方面利用特殊机械加工方法、热处理或化学处理方法强化表面，以提升曲轴疲惫强度。常见表面强化工艺有以下多个：1）圆角高频感应淬火；2）圆角滚压强化；3）氮化处理；4）喷丸强化。此曲轴设计采取氮化处理工艺。3 曲轴关键尺寸确实定和结构细节设计在选定曲轴材料、毛坯制造及其基础结构型式后，便从单位曲拐（包含主轴颈、曲柄销和曲柄等关键部分）着手确定关键尺寸和结构细节。曲轴和活塞连杆组件和机体有亲密联络，曲轴设计不能孤立地进行。曲轴长度方向尺寸基础上取决于缸心距。所以，曲轴基础尺寸大多依据发动机总体部署来考虑。3.1 曲轴3.1.1 曲轴简述（一）曲轴 曲轴是由曲柄，加上功率输出端和自由端组成。每个曲柄有曲柄臂、曲柄销和主轴颈三部分组成。曲轴功用是把活塞往复运动经过连杆变成旋转运动，以输送柴油机所产生功率，并驱动柴油机配气机构、喷油泵、机油泵、水泵和其它附件工作。图3.1 186F曲轴实物（二）曲轴工作条件 曲轴在工作中要承受扭转力矩作用。除此之外，施加在连杆轴颈上径向力还要使曲轴承受弯曲作用。所以，曲轴是在同时承受扭转力矩和弯曲力矩复杂应力情况下工作。 （三）曲轴设计要求 曲轴设计应符合下述要求： （1）含有足够疲惫强度，以确保曲轴工作可靠。设计时应尽可能减小应力集中，加强微弱步骤。 （2）含有足够刚度，是曲轴变形不致过大，以免恶化活塞连杆组及轴承工作条件；同时应避免在工作转速范围内出现共振，以防产生过大扭矩、横向和轴向震动附加应力。 （3）轴颈含有良好耐磨性。应依据轴颈比压，选择合适轴承材料、轴颈硬度和加工精度，以确保曲轴和轴承有足够寿命。（4）曲柄排列应合理，以确保汽油机工作均匀；曲轴平衡性良好，以减小震动和主轴承最大负荷。 （5）材料选择合适，以充足发挥材料强度潜力。（四）曲轴结构形式 按结构形式曲轴分为整体曲轴和组合曲轴。 整体曲轴结构简单、重量轻、工作可靠、使用广泛，尤其在中高速汽油机上应用更为普遍。3.1.2 曲轴设计 图3.1所表示为186F柴油机曲轴实物图，它是发动机关键旋转部件，通常见钢锻制。曲轴全部支撑表面全部经过仔细机械加工和精密研磨。平衡块用来平衡和曲轴销相连连杆重量。因为铸造或铸造连杆，重量不一样，所以常常在平衡块上钻很多孔，以平衡曲轴和预防振动。图3.2 曲轴主视图图3.3 曲轴左右平衡块剖视图图3.2、3.3为本文所设计186F柴油机曲轴关键视图（详见图纸）。曲轴端和飞轮中心孔是圆锥面配合，能很好地传输动力。当使用滚柱轴承来支撑曲轴时，要把抛光高硬度合金钢轴承 压进曲轴箱，以降低摩擦并提升其耐磨能力。曲轴箱必需有足够刚度和强度，以轴承曲轴旋转离心力，同时使全部部件排列适宜。有些发动机曲轴箱内装有润滑油；有些发动机则使用许可燃油、空气和润滑油混合物进入阀门装置。曲轴箱必需设计好以保护内部零件。密封垫、油封可不让污物进入和使清洁油不致流出。（1） 曲柄销直径D2和长度L2在考虑曲轴颈粗细时，首先是确定曲柄销直径D2。由内燃机设计表5-1可知：单列式发动机D2/D（曲柄销直径/气缸直径）比值在0.550.62范围。即D2=47.353.32mm。对于在曲轴销上每对气缸最高往复惯性力合成转变为一个旋转离心力，同时加上曲柄销原有离心力，使总离心负荷变很大。所以，为减轻离心负荷期望单列式发动机D2/D较小。另外，通常曲柄销在发动机上并列着两个连杆，每个连杆全部很窄，所以为确保轴颈长度和直径百分比最好，D2/D应尽可能较小。综合上述情况，在此次设计中取曲柄销直径D2=50mm。从增加曲轴刚性和确保轴承工作出发，应使曲柄销长度l2控制在一定范围内，同时注意曲拐各部分尺寸协调。由内燃机设计表5-1可知。发动机曲柄销长度l2按l2/D=0.380.48取值，即l2=32.6841.28mm时，轴承承载能力最大。若l2过长，则流经轴承机油量就降低，冷却度差，油温升高而使油粘度下降，轴承承载能力反而降低。另外，轴承过长对曲轴变形顺应性差，轻易造成棱缘过负荷。轴承负荷越大，油膜厚度就越小，用相对较窄轴承很好。为了确保曲柄强度，曲柄臂厚度应合适加厚，这也要求减小l2。所以此次设计中取l2=35mm，其宽度和滚针轴承相配合。连杆轴颈尺寸能够依据承压面投影面积F2=0.01/D2l2 cm2和活塞投影面积F=D2/400 cm2之比来校核。此比值据统计应在0.20.5范围内。而且汽油机偏下限，此发动机也偏下限。在此次设计中，F2/F=0.3014 （3.1）所以所设计连杆轴颈符合要求。（2）主轴颈直径D1假如从曲轴沿全长度含有等刚度要求出发，能够认为主轴颈和曲柄销一样粗就行了。而从轴承负荷出发，因为主轴承最大负荷小于连杆轴承，所以主轴颈能够比曲柄销更细。为了最大程度地加强曲轴刚度，可合适加粗主轴颈，这是因为加粗主轴颈能增加曲轴轴颈重合度，从而提升曲轴刚度，但几乎不增加曲轴转动惯量，故可提升自振频率，减轻扭振危害。同时，加粗主轴颈可相对缩短其长度，使曲柄加厚以加强整根曲轴微弱步骤。从曲轴各部分协调见解，提议主轴颈D1取值范围为D1=（1.051.25）D2=52.5062.50mm。依据以上分析，则取D1=60mm。本设计中主轴颈选择滚动轴承，主轴颈长度和轴承宽度相配合，所以参考机械设计手册表3.11-15选择207GB276-64型单列向心球轴承，该轴承宽度为17mm。（3）曲轴两端结构曲轴上带动辅助系统驱动链轮（正时链轮）通常装在曲轴前端，对多缸发动机而言往往把传动齿轮装在曲轴后端。消除扭转振动减振器无疑应装在曲轴前端，因为这里振幅最大。驱动齿轮装在前端采取键连接。曲轴后端设有法兰和加粗轴颈，飞轮和后端用螺栓和定位销连接。且定位销部署是不对称或只有一个。（4）曲轴止推为了预防曲轴因为受热膨胀而伸长或受斜齿轮及离合器等轴向力而产生轴向移动，在曲轴和机体之间设置了一个止推轴承。为了使曲轴相对于机体能自由沿轴向作热膨胀，止推轴承只能设置一个，且设在前端，从而能够减小轴向移动对配气定时和供油定时影响。曲轴轴向和间隙应保持2=0.050.2（mm）。其它各主轴承面间隙应确保曲轴受热，伸长时能自由延伸。（5）曲轴油封装置发动机工作时，为了预防曲轴前端沿着轴向漏油，曲轴应有油封装置。在高速内燃机上采取油封结构全部是组合式，常见有：1）甩油盘和反油螺纹；2）甩油盘和（石棉绳）油封；3）甩油盘和橡胶骨架式油封。甩油盘是利用离心力将落在她上面润滑油甩回曲轴箱。反油螺纹和机体间隙为0.250.30mm。因为润滑油含有粘度，处于曲轴和机体之间润滑油因机体表面附着作用，使润滑油和曲轴表面产生速度差，油层被迫像螺母一样沿轴向移动，因为螺母对润滑油产生轴向推力，使曲轴箱内外压力差深入减小，故有很高密封效果，但安装时必需注意同心度。（6）平衡重平衡重是用于平衡曲轴不平衡离心惯性力和离心惯性力矩。，平衡重形状通常多为扇形，使其重心远离曲轴回转中心；以较小质量取得较大旋转惯性力；平衡重安装方法是和曲柄臂锻或铸成一体；还有单独制成零件，用螺栓紧固在曲柄臂上。设计平衡重时，应尽可能使其重心远离曲轴旋转中心，即用较轻重量达成很好效果，方便尽可能减轻曲轴重量，而且应尽可能不增加内燃机尺寸，在满足平衡基础上，还能使曲轴制造比较方便。铸造曲轴平衡重通常和曲轴铸成一体，这么可使加工较简单，而且工作可靠。平衡重径向尺寸和厚度应以不碰活塞裙底和连杆大头能经过为程度。本设计平衡重和曲轴铸成一体。3.2 曲柄3.2.1 曲柄简述曲柄连杆机构功效是将活塞往复运动转化为曲轴旋转运动，将作用在活塞顶部燃气作功传输给曲轴，并最终由曲轴转化为动力后输出，用于驱动和之相关联整个零部件进行工作。曲柄在曲轴前端带动附件轮系，包含凸轮轴链轮（皮带轮）、减震皮带轮、空压机、动力转向泵、发电机等机件，维持着发动机和整车正常运转功效。曲轴后端和飞轮相连，它们是经过螺栓连接在一起，以后再和离合器（液力变矩器）等相接，最终连接变速箱，最终将发动机产生动力输送到轮胎上，使车辆能够正常行驶。中间部件关键有主轴颈、曲柄臂、曲柄销组成，通常情况下轴颈上开有润滑油孔，用于负责整个轴系润滑，其中曲轴中间部分是曲轴关键部位。对于要求较高机械零件来说，在其设计校核计算时必需严格遵照设计准则，以确保其设计质量。3.2.2 曲柄设计现代高速内燃机曲轴曲柄臂形状大多数采取椭圆或圆形，本设计中采取圆形曲柄，这是因为圆形曲柄便于机械加工和抛光，而表面抛光是提升合金钢曲轴疲惫强度关键方法之一。曲柄应选择合适厚度、宽度，以使曲轴有足够刚度和强度。曲柄在曲拐平面内抗弯能力以其矩形断面抗弯模数来衡量： （mm 2） （3.2）式中 b 曲柄宽度（mm）； h 曲柄厚度（mm）。由上式可知，在提升曲拐平面内抗弯能力上，显然，增加曲柄臂厚度h要比增加曲柄臂宽度b要好得多。有试验例子表明，h增加10%，提升20%，而实际抗弯强度可提升40%；b增加10%，抗弯能力也应提升10%，而实际只提升了5%，这是因为曲柄臂越宽，应力分布越不均匀。在此次设计中，b/D取值范围为b =（1.051.3）D2，取b=111 mm，h=20 mm。其中R=35重合度 重合度大于零。曲柄销至主轴颈之间传力有一部分能够不借助于曲柄作媒介而直接传输，所以减轻了曲柄负担。在曲柄臂和轴颈连接处，为了减小应力集中，提升疲惫强度，往往采取圆角过渡。过渡圆角半径增大和其表面粗糙度降低，是增加曲轴疲惫强度有效方法。通常取圆角半径r=（0.050.08）D2=2.54.0mm，取r=3 mm。3.3 飞轮3.3.1飞轮简述对于四冲程发动机来说，每四个活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排气、进气和压缩三个行程全部要消耗功。所以，曲轴对外输出转矩呈周期性改变，曲轴转速也不稳定。为了改善这种情况，在曲轴后端装置飞轮。飞轮是转动惯量很大盘形零件，其作用如同一个能量存放器，在作功行程中发动机传输给曲轴能量，除对外输出外，还有一部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中，飞轮将其储存能量放出来赔偿这三个行程所消耗功，从而使曲轴转速不至降低太甚。除此之外，飞轮还有下列功用：1飞轮是摩擦式离合器主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用飞轮齿圈。2在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时和调整气门间隙。飞轮是发动机上一个关键安全相关零件，如设计不合理则会受到很大应力，严重时，可能瓦解。伴随高速内燃机发展，飞轮旋转速度不停提升。众所周知，一旦发生飞轮强度、刚度力一而破坏，就会出现危险。在设计过程中，除了确保飞轮有足够转动惯量外，应使飞轮在满足设计要求前提下质量尽可能小，从而减轻发动机整体重。3.3.2飞轮设计飞轮关键尺寸见图，可用下式决定之：（牛顿米2） (3.3)式中：c材料密度（千克/米3）。通常飞轮外径D4和飞轮内径D3依据结构部署决定，而飞轮结构必需考虑输出装置需要，所需飞轮矩大小用改变断面厚度b来调整。飞轮外径D4是它最关键尺寸。在选择D4时首先应考虑到D4越大，在一样惯量下飞轮能够减轻。不过其次D4加大又要受一系列原因限制。首先是飞轮圆周速度限制。飞轮旋转时因为材料本身离心力作用会产生拉伸应力，对于灰铸铁飞轮来说，提议圆周速度不超出3550米/秒。不然最好用球墨铸铁甚至铸钢、锻钢飞轮，本飞轮用锻钢。依据统计，高速内燃机D4=（34）D（D缸径）。实际上车用汽油机D4=（300400）毫米，高速柴油机D4=（400600）毫米。此飞轮取D4=400 毫米，D3=380毫米。4 柴油机曲轴校核计算4.1 曲轴校核因为曲轴工作时承受交变载荷，它破坏（断裂）往往全部有疲惫产生。所以，对内燃机曲轴需要进行疲惫验算。经过对曲轴疲惫强度校核计算，以验证所设计曲轴是否满足前述各项设计要求。轴轻度校核方法可分为四种：1按扭矩估算；2按弯矩估算；3按弯扭合成力矩近视计算；4正确计算（安全系数校核）。计算曲轴弯曲应力通常有两种方法：一个是分段法，每段看成简支梁进行分析；另一个是连续梁法，把曲轴作为连续梁进行分析；本设计关键用曲轴过分圆角处弯曲、扭转应力及材料疲惫强度极限，进行安全系数计算。在中国外同行业中研究现实状况已经进入了自动化，系统化，并揉入优化设计思绪，利用软件进行系统分析，这种设计出来强度计算软件，在计算时只需要输入设计参数，即可计算出多个类型轴强度。4.2 曲轴疲惫强度计算(1) 连杆轴颈最大比压力Kmax计算曲柄销直径D2=50mm,曲柄销长l2=35mm,减重孔直径d2=20mm。 (4.1)许用值k=1035 Nmm2 ，在许用范围内(2) 曲轴静力计算发动机在开启工况下只考虑最大气压力Pz，曲轴中心线到飞轮端和齿轮室盖滚动轴承中心线距离分别是L1=61.2mm,L0=53.1mm,故飞轮端支座反力N。 (4.2)连杆轴颈抗弯截面模量mm3支座到曲柄中心线距离b=28.1mm,这么轴颈中间断面弯曲应力为： 许用应力=80100 Nmm2，在许用范围内。曲柄壁厚h=20mm,宽b=100mm,弯曲应力为：压缩应力:成应力： 许用应力a=90130 Nmm2，在许用范围内(3) 曲柄应力校核1） 在曲拐平面内受到反力Z作用而弯曲 (4.3)2）在垂直平面内受到反力T作用而弯曲 (4.4)3）曲柄受到Z压缩 (4.5)4） 总应力： (4.6)许用应力=90130 Nmm2，在许用范围内。 (4) 曲轴疲惫强度校核依据曲轴过分圆角处弯曲、扭转应力实测值及材料疲惫强度极限，能够进行安全系数计算。曲轴安全系数即曲轴强度贮备系数，它表示曲轴本身疲惫强度和工作应力之比。1）圆角安全系数可用下式计算： （4.7）只考虑弯曲时安全系数： （4.8） 只考虑扭转时安全系数： （4.9） 式中 -1、-1 曲轴材料对称循环弯曲和扭转疲惫极限。对于钢曲轴预算可采取：-1=0.45b，其中为材料拉伸强度极限。由材料力学查得b=598MPa；则-1=269.1MPa，-1 =（0.550.60）-1=148161.46MPa，取-1 =150MPa； 、 分别为弯曲和扭转时圆角处应力集中系数； 强化系数，由内燃机设计表5-4查得=1.3； 、 绝对尺寸影响系数。由内燃机设计表5-5查得=0.91， =0.89；、 材料对应力循环不对称敏感系数。其值可经过、来计算，、分别为脉动循环时材料弯曲和扭转疲惫极限，对于钢曲轴=（1.41.6）-1 =376.74430.56MPa， =（1.62.0）-1 =240300MPa，取=400MPa，=250MPa；则=0.35， =0.2；、 圆角弯曲名义应力应力幅和平均应力；、 名义切应力应力幅。要计算弯曲圆角处应力集中系数，首先要求得弯曲形状系数和弯曲应力集中敏感系数。而，由内燃机设计图5-16图5-24查得=0.01，=0.92，=1.03，=0.985，=1，所以求得=0.04。由内燃机设计表5-2查得=0.7。而。由可求得，由内燃机设计表5-2查得=0.12，而可由求得。又由内燃机设计查得=1.3，=1.48，=1.32，=1.05，=0.965，=1，则求得=2.573，则=1.19。圆角弯曲最大应力，式中为曲柄名义计算应力，其值采取轴颈名义应力来计算，而MPa，代入上式求得=18.68MPa，而此时对应形状系数MPa，由此求得MPa，进似取MPa。圆角表面最大切应力可由求得，式中为轴颈名义应力。，由此得=45.04，所以计算出 =115.89MPa。进似取=57.94MPa。由此得出弯曲时安全系数=3.60，=2.08，则=1.801.5。所以所设计曲轴安全。总 结在此次186F曲轴设计和校核计算中，要求任务内容是：掌握内燃机设计基础要求，设计曲轴内容及步骤。掌握曲轴设计基础要求，绘制曲轴总图和关键零件图，编写设计说明书。此次设计关键工作是依据内燃机设计进行186F曲轴设计工作，而且对曲轴强度校核。本文经过积累资料，对186F内燃机进行概括描述，包含曲轴、曲柄、飞轮关键功用，工作条件、分类和结构形式。依据多种不一样零件具体设计要求对各个运动件进行设计，绘制零件图，而且对其进行强度校核，以确定设计合理性。 经过了四年大学机械方面知识学习，自己到底学到了什么，自己能做什么，这问题在自我心中一直难以释怀。自己一直在害怕着这毕业设计，不知道自己能否胜任。在起初时，如同我所料，对着设计一片茫然，完全不知道从哪里下手。在以后看了很多参考书以后，才逐步明白了，自己要做什么，要怎么做，需要哪些资料，在什么地方需要注意等。从186F曲轴设计和校核计算，再到以后制图，自己从中发觉了许很多多以前未能掌握牢靠知识，和忽略掉知识，还有没有见过知识。同时也发觉有些学过知识，相当有用，即使用到极少，但确实发挥了很大作用。这次毕业设计使我们