2100柴油机曲轴系设计.docx

摘 要
2100柴油机是我国自主进行与开发研制的新型、常规中等功率、具备节能条件的成熟型柴油机。目前，已经大面积运用于我国的农业工程机械，民用发电等领域。2100柴油机与同类机型对比，具有优异的动力性，经济性和可靠性，在国内农用机械用户中具有较强的优势，现在市面的2100柴油机主要在活塞连杆总成、曲轴、燃油系统等方面比旧式机型进行了优化、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。
本文主要探讨2100柴油机的曲轴系设计过程。内容包括2100柴油机曲轴，皮带轮，正时齿轮，曲轴飞轮零件图的绘制时的参数选择，及加工过程以及检验产品时强度校核等内容。
本文运用到了SolidWorks三维软件制图，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，正时齿轮 SolidWorks

ABSTRACT
2100 diesel engine is China's own mature diesel model, conventional medium power, have such conditions and development. At present, a large area has been used in the agricultural engineering machinery in China, civil power and other fields. Comparison of 2100 diesel engine with similar models, with excellent power performance, economy and reliability, has a strong advantage in the domestic agricultural machinery users in the market now, mainly in the 2100 diesel engine crankshaft, piston and rod assembly, fuel system optimization, strengthening the design of than the old models, so that the engine has a larger to improve the power, economy and other aspects, also achieved the purpose of increasing its scope of application.
This paper mainly discusses the design process of 2100 diesel engine crankshaft system. Including 2100 diesel engine crankshaft, pulley, gear, parameter selection of drawing crankshaft flywheel parts drawing, machining process and product inspection and strength check etc..
This paper uses the SolidWorks software for 3D graphics, crankshaft flywheel group design problem in this paper is studied.
Keywords: diesel engine, crankshaft, flywheel, timing gear SolidWorks

目 录
第一章 前言 1
第二章 整体设计 3
2.1 工况计算 3
2.2 参数计算 …………………………………………………………
第三章 曲轴设计 10
3.1概述 10
3.2曲轴的设计步骤 12
3.3曲轴的结构型式及其选择 12
3.4曲轴材料选择及毛坯制造 14
3.5 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 14
第四章 飞轮设计与计算 20
4.1飞轮的作用 20
4.2飞轮的设计与计算 21
第五章 主轴承设计 24
5.1主轴承的工作条件 24
5.2材料要求 25
5.3轴瓦结构设计与主要尺寸的确定 26
第六章 正时齿轮组设计 24
5.1工作条件 24
5.2材料要求 25
5.3主要尺寸的确定 26
第七章 结论 27
参考文献 28
致 谢 29
附录 30

第一章 前言
柴油机是柴油发动机的能量释放。它是由德国发明家鲁道夫（rudolfdiesel柴油）在1892发明的，为了纪念发明者，柴油是柴油机用他的名字，也被称为柴油发动机为柴油发动机。
柴油发动机的优点是功率大，经济性能好。有许多相同的柴油发动机的工作过程与汽油发动机，每个周期有进气，压缩和排气冲程，功率，四。但由于柴油比汽油柴油的使用，其粘度，易蒸发，和燃烧温度低，与汽油相比，所以形成可燃混合气和点火发动机。主要的区别是，在柴油发动机混合气缸是压缩点火，而不是燃烧。柴油机是压缩空气进入气缸，空气中的气缸的端，在500~700摄氏度的温度，大气压力40 - 50。活塞接近上止点时，高压泵和高压喷射柴油柴油发动机气缸，细晶粒的形成，混合与高温高压空气混合气，柴油自燃，猛烈膨胀，产生动力，推动活塞下行工作。在1900-2000oc温度，压力高达60-100大气压力，功率大，因此，被广泛应用于柴油发动机大型柴油车辆。
在节约能源和二氧化碳排放的柴油机的所有优点，包括热力发动机，汽油发动机是不可替代的，因此，先进的小型高速柴油发动机，其排放已达到欧III标准，“绿色引擎”，现在已经成为欧洲许多新汽车的动力装置。
柴油机的特点
传统的柴油发动机的特点：热效率和经济性好，使用压缩空气，提高空气温度超过柴油发动机，柴油的自燃温度，然后注入柴油，柴油燃料与空气的混合和燃烧。因此，没有柴油发动机点火系统。同时，柴油机的燃油喷射系统比较简单，因此柴油发动机比汽油发动机的可靠性。由于受到限制，需要柴油燃烧引起的损伤，具有很高的压缩比柴油发动机。热效率和经济性优于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适用于卡车。
柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。
由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。小型高速柴油发动机的新发展：排放已经达到欧洲III号的标准。传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。但随着近年来柴油机技术的进步，特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，因此，先进的小型高速柴油发动机，其排放已经达到欧洲III号的标准，成为“绿色发动机”，目前已经成为欧美许多新轿车的动力装置，可以预见，我国将出现越来越多的柴油轿车。
柴油机与汽油机的区别
汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞作功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。
一个高速汽油发动机（汽油车发动机转速可以高达5000到6000转，车的汽油发动机高达4000转）重量轻，工作时噪音小，起动容易制造和维修，成本低，因而被广泛应用于汽车和小型货车，和军用越野车。缺点是高油耗，燃油经济性差。柴油车由于高压缩比，平均油耗为30%低于汽油车，所以燃油经济性较好。如一汽大众生产tdi1近期上市。7升柴油车超过1。6升汽油轿车每百公里可节省2升油。大多数的普通卡车柴油发动机。柴油发动机是汽油发动机的缺点是速度低（一般在2500 - 3000转的最高速度），质量，制造和维修成本（由于高燃料喷油泵和喷油器加工精度要求高）。但目前的柴油发动机逐渐克服这些缺点，它的应用范围扩展到轻型卡车。国外柴油车发展迅速，最高速度可达5000转。
通常，柴油发动机与汽油发动机30%热效率高，节约能源，降低燃料成本的角度来看，是很有意义的促进汽车柴油机的使用。柴油发动机和汽油发动机相比具有功率高的优点，使用寿命长的特点，具有良好的动态性能，其温室气体排放量比汽油低45%，一氧化碳和碳氢化合物的排放量很低，对机动车NOx排放周期寿命略大于汽油发动机。柴油机的缺点是有害颗粒的排放。近年来，涡轮增压柴油机，冷却，直接喷射，催化转化等先进技术的粒子捕获装置，汽车柴油发动机的排放已达到欧Ⅲ，欧Ⅳ排放标准。在欧洲，柴油车是受欢迎的，有着严格的要求，在未来汽车的节能环保和可持续发展，特别是柴油车将是一个发展趋势。目前，我国已经发展，一汽大众捷达宝来轿车，并已在国内部分城市上市。
汽车在一定的使用条件下，以最小的燃料消耗量完成单位运输工作的能力称为汽车的燃料经济性。汽车燃料经济性是汽车的主要使用性能之一。通常，燃料的消耗费用占到汽车运行费用的37%左右。影响汽车燃料经济性的主要因素有：从汽车本身讲，首先要提高发动机的热效率、进气效率和降低摩擦损失。其次要减少车身重量，减少空气阻力，减少车轮的滚动阻力。第三，提高传动效率，合理匹配变速比。从使用方面讲，不同等级的路面跑起来耗油不同。交通拥挤、堵塞严重的状况与畅通行驶的耗油完全不同。风、雨、气候变化对汽车的耗油量都有影响。驾驶者的技术对耗油水平也有很重要的作用。影响汽车燃料油经济性的因素十分多，其中最主要的还是汽车发动机本身。
2100柴油机具有多方面的优势，所以无论是在国内还是国外，它的应用也越来越广泛，与世界上许多内燃机车、船用它，尤其是农用车，2100型柴油机的首选动力。随着国民经济建设和生产发展，2100柴油机的应用越来越广泛，它对我国国民经济的发展做出了不可磨灭的贡献。
本论文完成的2100型柴油机选型的总体方案，曲轴飞轮组的设计。曲轴飞轮组的特殊部分的设计包括曲轴设计，飞轮和飞轮平衡设计与计算。
2100柴油发动机介绍
2100柴油发动机在中国70年左右的产品。柴油发动机是100系列柴油机，立式水冷四冲程柴油发动机。具有性能可靠，结构紧凑，经济指数低，使用寿命长，使用方便等特点。主要技术参数如下：
缸径：100mm；两缸
行程：120mm
压缩比：16
额定功率：20kw；
额定转速：2000r/min；
燃油消耗：250g /kw.h
1）形状的布局特点
2100型柴油机具有结构紧凑，体积小。特殊形状的布局主要是分开设置的进、出口阀两侧和燃料供应系统和电启动系统。
为顶置气门机构的2100柴油发动机。与横向型相比，结构复杂，零件数量多，在高速往复运动，振动和噪声的增加，可靠性降低。但在柴油机的高压缩比，侧面安装的阀装置是很难实现的结构，必须使用架空式。
2）主要部件的结构
（1）活塞连杆组
活塞由活塞，活塞环，活塞销，连杆螺栓，轴承等。
a.2100柴油机活塞在一个浴盆形坑顶，活塞头设有活塞加工活塞环的环槽，和活塞裙部的长边，椭圆形活塞。
b.活塞环包括三个气环和油环。里面有顶环的口袋，安装通道身边的时候必须朝上；第二，三气环外倒角。合金铸铁制造的气环，第一道气环表面镀高性能层，剩余的气体环表面或一般硫化锡处理，磷化，在活塞环更容易使表面。
c.圆柱空心2100型柴油机活塞销，减少离心力的影响。一般优质低碳钢或低合金淬火。
d.连接材料采用40或45不锈钢，高碳钢锻造或轧制，加工成型，并经过淬火和回火。连杆是短圆柱形，大半径圆弧光滑过渡之间的头和身体，为了减少应力集中的过渡。杆体采用工字形截面的形状，在较轻的情况下获得足够的强度和刚度。采用斜切口连杆，拆装方便退出气缸头。
e.轴承2100柴油机钻孔或铣环形油槽的主要承载输送润滑油的连杆轴承，连杆衬套或送油。
(2).曲轴飞轮组
曲轴飞轮组由曲轴，飞轮，齿轮，曲轴正时齿轮，带轮。有润滑油孔和曲轴连杆轴颈之间。
飞轮齿圈倒角的一面的飞轮总成。飞轮的内壁上钻有小孔，使部分油外飞轮通过洞回到油底壳，确保摩擦驱动飞轮和离合器更好。粗短，空心轴颈直径。曲柄销日期型腔。主轴承，连杆轴承和推力板是用耐磨合金轧制。
（3）.配气正时传动机构
配气机构包括在气门和气门驱动机构的气缸盖组件，还包括齿轮轴，齿轮，空气滤清器，进气管和排气消声器。
a.凸轮轴
通过气门挺杆，凸轮轴上的凸轮，气门推杆和摇臂，进排气阀，排气阀，控制开启和关闭的时间。
b. 正时齿轮
凸轮轴和喷油泵由曲轴正时齿轮的前端通过中间惰轮驱动。机油泵由曲轴齿轮通过中间齿轮泵驱动。
c.齿轮传动系统
齿轮曲柄带动驱动轮，惰轮带动齿轮轴齿轮和齿轮泵，控制时序和燃料供应。高精度要求的齿轮，一般用45钢制造。

图1-1 曲轴飞轮组
第二章 整体参数设计
2.1 工况计算(柴油机的主要设计指标)
1) 动力性指标
动力指标包括有效功率（P），速度（n），最大扭矩和最大扭矩转速。
1，有效功率P =×Z×N / *（t）（2-1）
平均有效压力（对）；活塞的平均速度（米/秒）；为位移（L）；Z是气缸数；N；转速（r/min）。
因此，通过以上参数的有效功率。在确定了基本在设计速度和结构参数的影响，有效功率的主要参数是平均有效压力。
2，速度（N）
柴油机由于其混合气的形成和燃烧速度慢，速度不太高。速度大于1000r/min高速，600 ~ 1000r/min转速，低转速低于600r/min。
提高发动机转速可以使功率增加，从而使功率单元的体积减小，重量轻。但速度的增加会导致一系列的问题，如惯性力的增加，从而增加机械负荷，平衡，振动问题，噪声增大；频率的增加，导致热负荷的活塞，气缸盖，气缸，排气阀和增加其他部分；摩擦损失的，提高机械效率，增加燃料消耗，磨损寿命较短；排气系统阻力增大，容积效率降低。
3，最大扭矩和最大扭矩转速
事实上，扭矩指标给出了内燃发动机的最大扭矩。对应的发动机转速最大扭矩最大扭矩转速。
2).经济性指标
柴油机的经济性指标主要是指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的耗油量。柴油机是固定的作业是指额定功率下燃料消耗率。柴油机变工况，它一般是指最低燃料消耗率的特性曲线。例如，柴油发动机的最低燃油消耗率，它是指最低燃料消耗率的普遍特征。当然，油耗低的特点，越来越广泛，经济条件较好。
（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250~380 g/（*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，而且要求在两个保养期之间不要添加机油，一般车用柴油机机油消耗率为1.3~2.6g/（*h）。

2.2参数计算
1.气缸数和单缸功率
有效功率（kW）
为平均有效压力（MPa）；为活塞平均速度（m/s）；为单缸工作容积（L）；Z为气缸数；n为转速（r/min）；D为气缸直径（mm）；为冲程数。
其中气缸数，缸径，冲程
设计该2100柴油机最高转速为 ，所以设计该2100柴油机功率为
所以该2100柴油机缸数为两缸，单缸功率。
2.活塞平均速度
其中,所以满足柴油机设计要求。
3.平均有效压力
，其中，所以得。
4.气缸直径
气缸直径
5.行程及缸径行程的比值
行程, 缸径行程比。
6.气缸中心距及其与缸径的比值
气缸中心距，气缸中心距缸径比。
7.压缩比
设计该2100柴油机的压缩比

第三章 曲轴设计
3.1概述
曲轴是发动机的主要运动部件，其性能直接影响到发动机的可靠性和寿命。随着指数的强化提高发动机，曲轴的工作条件更加苛刻。由于气体压力的周期性变化，往复和旋转运动的惯性力和它们之间的相互作用引起的弯曲，在弯曲和扭转工作过程的曲轴，还要承受一定的冲击负荷，轴表面的磨损，其主要失效形式是曲轴轴颈表面磨损和疲劳断裂的统计分析结果表明，破坏，约有80%是通过曲轴弯曲疲劳的产生。
因此，在曲轴的设计，必须将曲轴的结构尺寸参数，正确的选择，材料和工艺，具有很高的疲劳强度，刚度和良好的动态特性。曲轴是气体压力，惯性力，在连续的周期往复和旋转运动质量和转矩（转矩和弯矩）的扭转和弯曲作用下，曲轴可导致疲劳，应力状态。理论和实践表明，对各种曲轴，决定性的弯曲载荷和扭转载荷，是次要的（不包括扭转振动产生的扭转疲劳破坏）。统计分析表明，曲轴的破坏，约有80%是由弯曲疲劳引起的。因此，围绕曲轴结构强度弯曲疲劳强度。
形状复杂，应力集中现象非常严重，尤其是在该地区，以曲轴轴颈油孔和粗糙的应力集中现象零件加工附近过渡尤为突出。曲轴轴颈在高压力，具有足够大的相对速度滑动摩擦轴承。在实际工况下，轴承的条件的变化并不总是保证液体润滑，尤其是当油不干净，杂志是一个强烈的磨粒磨损表面，使得曲轴的实际寿命大大降低。曲轴曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度是非常重要的。如果曲轴弯曲刚度是不够的，它将大大恶化，活塞，连杆，轴承的工作条件和其他的重要组成部分，其工作的可靠性和耐磨性，即使在曲轴箱的局部损伤。曲轴的扭转刚度可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动。

综上所述，曲轴设计时应符合以下要求：
1曲轴的疲劳强度，以确保可靠的操作。设计应尽量减少应力集中，加强薄弱环节；
2具有足够的刚度，曲轴的变形不太大；
3颈部有良好的耐磨性。根据该杂志的压力，轴承材料的选择，适当的轴颈硬度和加工精度，以保证曲轴和轴承有足够的生活；
4处理安排合理，保证柴油机曲轴运转均匀；良好的平衡，以减少振动和主轴承负荷；
5选择合适的材料，为了充分发挥材料的强度潜力。
所有这些要求，在高速柴油机的条件下，要实现在结构上轻下重。同时，随着内燃机的不断发展，加强指标，结构也应留有发展余地。
不难看出，强度，刚度，耐磨性，光的要求是矛盾的。例如，为了提高曲轴的刚度和主轴和曲柄销直径的增加，轴承，可以减少轴承的压力，但圆周速度承载高速度的增加，导致摩擦功率损失增加，轴承温升，降低轴承工作的可靠性。此外，曲柄销的增加，连接杆有较大比例的增加，承载负荷增加，离心。在这个时候，可能会导致采用斜切口连杆的必要性，连接杆和刚性差，制造成本高。曲轴连杆转动系统的曲柄销带来的质量增加，可能使扭转刚度得到了很好的后失去。这些都是在整体发展的内在矛盾的曲轴，曲轴强度的矛盾，应力集中在最大应力和材料的抵抗力是它的主要矛盾。影响的主要矛盾的主要因素在三个方面：结构，材料和加工技术，这三种因素单独作用，又相互影响，我们应该辩证地分析，在曲轴的设计，不仅要关注其结构尺寸设计的一个方面。
由于曲轴受力复杂，形状特殊，在曲轴的设计，到目前为止无人能充分反映一般实际的理论公式。因此，曲轴的设计主要是依靠经验设计，这是基于很多现有的曲轴结构尺寸的统计数据。为了初步确定曲轴，曲轴的基本尺寸设计，强度校核，在结构细节测试样本，最后确定的结构，尺寸和加工技术等。
3.2曲轴的设计步骤
曲轴设计开始在柴油机总体设计阶段。设计步骤如下：
1根据柴油机的使用，增强的程度，大批量生产，与活塞缸间距等参数选择行程，曲轴材料，合理的结构形式，毛坯制造方法技术的必要性和加强。
对2柴油机相似原理的基础上，设计人员的经验，初步选定曲柄销轴颈与曲柄臂的尺寸。
根据3冲程柴油机的气缸数，数目和排列，点火顺序，从保证良好的平衡，均匀的扭矩，主轴承负荷不太大确定曲柄排列原则。
曲轴：曲轴尺寸计算选择，平衡计算和曲轴曲轴疲劳强度计算的需要，来验证设计满足曲轴的设计要求。
根据计算结果，决定是否修改设计。该方法需要反复，最终确定曲轴的尺寸，平衡块的大小和排列方式，润滑油道布置，完成曲轴端的设计，绘制曲轴零件图。
3.3曲轴的结构选择
如图3.1所示的结构：它由主轴颈，连杆轴颈的曲轴，平衡块，前轴和后轴端部分。一个连杆颈和两端的曲柄臂和两主轴颈在一起，称为曲拐。形成整体式和组合式两。与大多数汽车发动机整体曲轴的结构分析。

1. 主轴颈
如图3.2所示，用于支撑曲轴，曲轴在旋转中心线。在主轴承支撑的主轴颈，主轴颈和连杆轴颈的结构类似，在滑动主轴承的不同点，主轴颈和连杆轴颈的结构类似，不同的是在油箱油面。主轴承盖螺栓和曲轴箱轴承座固定在一起。为了使主轴颈的磨损比较均匀，在中央和交通大学进行了广泛的两端主轴颈的力量。
有一个主轴颈连杆轴颈两边的人都有，称为曲轴的全力支持。曲轴刚度的全面支持，轴负荷小，但它是比较长的。如果主轴颈轴小于连接数，它被称为非全支撑曲轴。相反，支撑轴。

2. 连杆轴颈
用于安装连杆，如图3.3所示。在发动机连杆和气缸是相等的项目数；V型发动机因为共同安装在连杆轴颈的两连杆，颈部半缸数轴连接。曲柄销通常是中空的，其目的是减少曲柄转动部件的质量，为了减少离心力。中空部分作为油和油腔，如图所示。油腔不钻透螺塞的外端是封闭的，并用开口销锁。连接杆的中间部分插入管口位于油室中心。当曲轴转动时，在重杂质曲轴油管被扔到油腔壁，通过连杆轴表面清洁油管道流动，减少轴颈磨损。

图3.3
3. 曲轴臂
用于连接主轴颈和连杆轴颈，如图3.4所示。一些发动机曲柄臂和曲轴平衡块，平衡不平衡离心力和力矩，和一些可以往复惯性力部分平衡。图3.5是四缸发动机曲轴应力。3.4连杆和2.3连杆f1.f4离心力离心力等于f2.f3，在相反的方向。总体上，似乎可以在内部相互平衡，但由于作用在M3-4 F1和F2 F3 F4和MF2和夫妇的形成，如果曲轴的刚度不足，然后弯曲变形，磨损主轴颈。为此，需要拓宽轴，增加刚度，减少磨损。但更有效的措施，是一个平衡块曲轴臂的相反方向延伸。平衡块曲轴制成一体，也可以单独制造，然后用螺栓固定在曲柄臂，并将导致曲轴平衡块质量和材料消耗，生产工艺复杂。因此，如果你想添加的曲轴平衡块，根据具体情况。
图3.4

图3.5
曲轴上离心力作用和加平衡块示意
4. 曲轴的前轴端
通常前端装有正时齿带轮扭转减振器和起动爪，防止漏油沿曲轴，一般前齿轮甩油盘，正时齿轮盖在自紧密封块。当油溅到油底壳与曲轴旋转时，由于离心力的作用，被扔进定时盖内壁上的油密封，堵油，油流回到沿壁壳。
5. 曲轴的后轴端
油回油螺纹和法兰；飞轮盘。飞轮是用来连接飞轮盘输出功率。油回油螺纹法兰，以防止泄漏，如图1.6所示，从主轴颈间隙流回油，主要的石油被扔进槽的后沿主轴承座孔的法兰，与回油孔刘锅。少量油流回油线地区，是回油回油螺纹法兰和甩油低壳。石油是更可靠地防止端，有时还上发动机主轴承盖上装有油封，橡胶密封材料，含有石棉绳石墨。此外，对主轴承盖的最后一行与缸体结合面嵌入软木板或石棉绳填料密封功能。
随着曲轴的旋转部件，除了采用斜齿轮传动引起的轴向力外，还要承受上下坡速度；轴向力；制动器和离合器的脚产生，从而使曲轴和移动。如果轴向位移过大，会损伤部分正常工作。

图3.6
但也不能过小，应给曲轴留有热膨胀伸长的余地。为此；曲轴必须有一定的轴向间隙，此间隙一般在0.05~0.25mm。

3.4曲轴材料选择
常用的曲轴材料有可锻铸铁，合金铸铁，球墨铸铁，碳素钢和合金钢等，相应的毛坯也分为铸造与锻造。
锻造曲轴一般采用中碳钢或者合金钢制造，毛坯生产需要大型锻压设备，虽然毛坯尺寸比较精确，减少了加工余量，提高了材料利用率，此外，锻造能够使材料的金属纤维成方向性排列，纤维方向和曲轴形状大致相符，这大大提高了曲轴的抗拉强度和弯曲疲劳强度。但是锻造曲轴成本过高，大约是球铁曲轴的3-7倍。
综上分析，我采用45号钢模锻。
3.5 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计
1、曲柄销的直径和长度
在曲轴的厚度考虑，首先是确定曲柄销直径。现代发动机设计，在一个更大的使用价值的总趋势，为了降低曲柄销的压力，提高连杆轴承工作的可靠性，提高曲轴的刚度。然而，随着连杆曲柄销直径的增加，增加的旋转质量不平衡离心力，曲轴和轴承的工作不利。因为与曲柄销轴直径的增加导致的振动频率将增加，旋转质量振动的频率偏移造成的损害减少可能增加扭转振动。此外，曲柄销直径会增加轴承的摩擦损失，造成轴承温度升高，润滑油的热负荷。为此，曲柄销直径不应大于。曲柄销的长度是根据所选择的考虑。
根据表3-1，初步选取
曲柄销的直径=（0.60~0.70）D=66~77mm, 取=70mm;
曲柄销的长度=（0.35~0.45）D=38.5~49.6mm, 取=42mm。
2、主轴颈的直径和长度：
从主轴承负荷，较细的曲柄销，因为最大负荷小于主轴承、连杆轴承。但为了最大限度地提高曲轴的刚度，大胆的主轴直径有很大好处。因为第一，大胆大胆的主轴直径不同，曲柄销，有很多副作用，对大胆的主轴颈的重叠程度，可以提高曲轴轴颈，从而提高曲轴的刚度，但几乎不增加曲轴的转动惯量，从而提高扭转振动的固有频率，减少危害；其次，可以相对缩短其长度。主轴颈，使增厚的曲柄臂可提高其强度，提供。
根据表3-1，初步选取
主轴颈直径=（0.70~0.80）D=77~88mm取=80mm;
主轴颈长度=（0.35~0.50）D=38.5~55mm 取=40mm。
3、曲柄臂：
曲柄臂是曲轴的曲柄它最薄弱的部分，在平面内的弯曲刚度和强度较差。实践表明：通过交变弯曲应力所造成的损害是曲轴的曲柄臂骨折的主要类型。曲柄臂应选择适当的厚度，宽度，使曲轴具有足够的刚度和强度。曲轴的形状要合理，改善应力分布。现代高速曲柄形状的椭圆形和圆形。实验表明：椭圆形曲柄有最好的弯曲刚度和扭转刚度。本实用新型的优点是消除应力小或无应力的一部分，它的重量，应力分布均匀。但处理方法比较复杂，采用模锻的方法可以直接形成。
根据表3-1, 初步选取
曲柄臂厚度h=（0.21~0.28）D=23.3~30.8mm 取h=24mm；
曲柄臂宽度b=（1.05~1.30）D=115.5~143.5mm 取。
4、曲轴圆角：
曲轴和曲柄臂连接角称为轴颈圆角，曲柄销和曲柄臂连接的曲柄销圆角称。
曲柄销圆角和轴颈圆角是曲轴应力最大的部分，并沿倒角剖面的应力分布是不均匀的，所以它是非常重要的设计轮廓倒角。
R的曲轴圆角半径应足够大，根据表3-1，R = 0.03 / 0.05 = 2.1 ~ ~ 4.0mm，半径太小会造成应力集中。为了提高曲轴圆角半径，缩短了轴颈圆角，有效工作长度，圆角的设计应确保当曲柄臂具有足够的厚度。曲轴也可以由两个不同半径的圆弧和三。当选择适当的段半径可以提高曲轴的疲劳强度，增加有效长度的滑动轴承。
本次设计遵循以上原则，选取圆角半径 r=4mm。
SolidWorks下三维绘制曲轴：

第四章 飞轮设计与计算
4.1飞轮的作用
由于曲轴所发出的扭矩是个周期变化的量，当它大于有效阻力矩时，曲轴就加速，反之就减速，造成曲轴转速的波动，减小这种波动的措施有两种：一是增加内燃机的气缸数，另一措施是在曲轴上加装飞轮。在本次设计中，任务给定是两缸，所以我们在曲轴上加装了飞轮。
对任何往复式内燃机，其输出扭矩即使在稳定工况下也是不断周期性变化的。通常用扭短工 不均匀系数来判断发动机合成扭矩的均匀程度。但发动机所带动的耸动装置的有效阻力矩一般是定值。因此，当曲拐在某一位置时，发动机的输出扭矩有可能大于或小于由其所带动的阻力矩。当发动机的输出扭矩大于有效阻力矩时，曲轴就加速，反之则减速，造成曲轴转速的波动。我们把曲轴转速忽快忽慢的这种现象称之为曲轴回转不均匀性。发动机转速波动会产生一系列不良后果。如发动机驱动件与被它带动运转的从动件之间产生冲击，影响工作可靠性，降低使用寿命，产生噪音；同时使测试仪器的工作不稳定；曲轴回转的不均匀还会引起曲轴的振动。所以曲轴回转的不均匀生应控制在允许范围内。
要想提高发动机的运转的稳定性，降低曲轴角速度波动的措施有：
一、增加气缸数，点火均匀，使由于气缸间歇性工作带来的冲击减少。
二、增加发动机转动惯量，使角速度波动率减小。最有效的方法就是安装飞轮。
由于气缸数已经确定，只能通过安装飞轮来提高发动机的运转稳定。当输出扭矩大于阻力矩时，飞轮就将多余的功吸收而使转速略增；当阻力矩大于输出扭矩时，飞轮则将其储存的能量放出，此时飞轮的动能减小，而发动机转速略减。可见飞轮是一种动能储存器，它起着调节曲轴转速变化稳定转速的作用。
4.2飞轮的设计与计算
在飞轮的设计中，我们先根据经验定出其外径、内径和厚度b，然后在根据经验公式对其进行校核。

尺寸的初步确定：
飞轮外径＝（2.5~3.5）S=300~420 mm 取=320mm；
轮缘厚度h=()=32~16 mm取h=25 mm
=-2h=270mm；
取 b=92mm；
飞轮的圆周速度：
v= （4-1）
==33.49m/s
由于v35~50 m/s 因此选取的合格。
表4-1 不同缸数i四冲程发动机的扭矩不均匀系数和盈亏功系数
（《内燃机设计》 袁兆成 表6-1）
i

1
10~20
1.1~1.8
2
8~15
0.5~0.8
3~4
5~10
0.2~0.4
6
1.5~3.5
0.06~0.1
8
0.6~1.2
0.01~0.03
12
0.2~0.4
0.005~0.01

由任务给定的数据，选取各种相关系数：
运转不均匀系数=；
飞轮转动惯量占内燃机总转动惯量的分数=0.85；
盈亏功系数=0.6；
飞轮的转动惯量：
（4-2）
=
=0.5172802404（kg）
由初步确定的尺寸按5-2式可计算出飞轮的重量：
（4-3）
HT250的密度，取7.34

=154.3510272（N）
再由式5-3可计算出假设飞轮的转动惯量：
（4-4）

=0.342663218（kg）
由于，所以，此飞轮合格。
绘制三维实体：
第五章 主轴承设计
5.1主轴承的工作条件
曲轴轴承内燃机气体爆炸压力和工作活塞惯性力的动态冲击载荷下，计算功率，最高的平均压力为20 ~ 30MPa，事实上从表面润滑理论的分析，在润滑油膜局部最大油膜压力可以达到平均压力的10倍。由于负载是交流，将在疲劳应力状态的合金层，合金层产生微小的裂缝，裂缝和裂缝的发展相汇时，合金层疲劳剥落。
其次，高速内燃机的相对滑动速度，轴承与轴颈之间可以达到10m/s，在如此高的速度运动，即使液体摩擦，会产生大量的摩擦热，轴承的工作表面温度150℃，如果有足够的润滑油通过摩擦表面，能使轴承降温，也可以标轴承完全液体摩擦状态，即轴承与轴颈两摩擦表面有一层油膜表面完全隔开，不直接接触，但这种理想液体摩擦状态在实际发动机工作过程不能完全等待保证。由于内燃机，特别是运输型内燃机车和拖拉机型，频繁地改变操作条件，频繁起动和制动，容易出现所谓的边界摩擦，而两摩擦表面靠分子间引力，用一层几个分子厚的薄膜润滑油的吸附，金属表面完全被油膜边界层分离。一旦油膜破裂的边界，金属材料可以被连接的接触，固体摩擦，引起强烈的磨损，甚至表面熔化，每个支架固定在一起，这是轴承损坏的根本原因，必须避免。
随着发动机工作时间的增加，泡沫喷射发动机润滑油，在100度摄氏度的高温下不断氧化，形成有机酸，对轴承表面腐蚀。石油机械杂质是逐渐积累，损坏轴承和轴颈表面。
此外，曲轴和曲轴箱的制造误差，在工作中也会产生局部变形，载荷的轴和轴承之间的集中，影响轴承的正常工作。
根据具体的工作条件下，轴承在内燃机中一般都采用由多层金属或合金。因为一般的物质有更高的力学性能，表面摩擦性能不好；另一方面，也对材料的机械强度良好的摩擦性能普遍较差，单金属轴承无法满足曲轴轴承负荷调整的要求。曲轴轴承一般由钢瓦背和耐磨层，保证轴承的机械强度和减摩层薄，以确保良好的摩擦性能。具体来说，轴承。具体来说，轴瓦和工作条件：
1高动态载荷的影响。易形成疲劳应力状态，使金属层剥离。
2相对滑动速度高。由于摩擦，轴颈表面温度，达到150℃以上，导致油的粘度降低，承载能力下降。
3油在高温下氧化，形成有机酸，对金属表面的腐蚀。
4有时形成干摩擦，金属表面熔化，粘附，撕裂。
5由于制造误差和机械变形，荷载引起的边缘。
5.2材料要求
1. 有很高的机构攻耐热性。
2. 有足够的减摩性能，抗咬粘性、顺应性、嵌藏性。
3. 有较好的耐蚀性。
4. 瓦背与减摩层有足够的结合强度，不因剪切力和热应力而分层。
综合分析，选用滑动轴承，材料：黄铜合金
5.3轴瓦结构设计与主要尺寸的确定
1. 主轴瓦厚度t
已知主轴颈直径=80 mm,由于薄壁轴瓦轻巧结构，加工精度高，，适于大量生产的特点，本次设计采用旋压轴瓦。初步选取
主轴承厚度t：t/D=（0.02~0.05）D=2.2~5.5mm 取t=2.5mm；
主轴承内径d：d=80mm
外径：=d+2t=85mm
2. 轴承宽度B和油槽
1）宽度B
内燃机曲轴各轴承的宽度一般取决于发动机曲轴轴肩的设计分布。内燃机为了获得相对紧凑的外形尺寸，总是尽量缩短气缸中心距，以致主轴承的宽度与内径之比缩短到B/ d＝0.35~0.4,初步选取
B＝（0.35~0.4）d＝28~32 mm。

第六章 正时齿轮组设计
5.1工作条件
四冲程的发动机活塞运动时气门的动作必须得受控。也就说气门的动作的时刻和状态必须是和活塞运动的状态和时刻是一致的，而曲轴与凸轮轴并不是在一个轴线上，他们之间必须得有传动系统来连接，（当然，有一部分是下置凸轮轴的，这种形式的发动机目前比较少，但是同样也要正时齿轮的。）这个传动系统是由两个齿轮和一条链条或者是皮带来完成的，那么这两个齿轮就叫做正时齿轮，这两个齿轮上面有标记，按标记对好后装上链条或者是皮带之后就能保证气门动作的时刻和动作是准确的。
四冲程发动机完成一个工作循环，曲轴要旋转2圈，而凸轮轴只需要旋转一周，便使进排气气门各有一个开闭动作，辅助发动机完成一个循环。所以把它们的传动比设置为2比1。
5.2材料要求
5.3设计与主要尺寸的确定

根据计算数据，三维建模：

第七章 结论
本设计是一个综合性的设计，与所有的课程我在大学四年的学习，我对内燃机设计的新认识。
通过这次设计，我确定发动机产品的设计过程，加深了我对专业知识的理解，锻炼自己的识图和绘图能力，尤其是锻炼自己使用计算机绘图能力，培养同学之间的合作精神，这是一个有价值的工作对自己的财富之前。
虽然这种设计只是按照以往的经验，在现有的框架下建立了自己的机器，但在这个过程中，我学会了曲轴和飞轮及其计算过程，总体的设计过程，我相信，在今后的工作中，他们会给我带来极