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摘 要
2100柴油機是我國自主進行與開發(fā)研制的新型、常規(guī)中等功率、具備節(jié)能條件的成熟型柴油機。目前，已經(jīng)大面積運用于我國的農(nóng)業(yè)工程機械，民用發(fā)電等領域。2100柴油機與同類機型對比，具有優(yōu)異的動力性，經(jīng)濟性和可靠性，在國內(nèi)農(nóng)用機械用戶中具有較強的優(yōu)勢，現(xiàn)在市面的2100柴油機主要在活塞連桿總成、曲軸、燃油系統(tǒng)等方面比舊式機型進行了優(yōu)化、強化設計，使發(fā)動機在動力性、經(jīng)濟性等方面有較大的提高，也實現(xiàn)了增加其運用范圍的目的。
本文主要探討2100柴油機的曲軸系設計過程。內(nèi)容包括2100柴油機曲軸，皮帶輪，正時齒輪，曲軸飛輪零件圖的繪制時的參數(shù)選擇，及加工過程以及檢驗產(chǎn)品時強度校核等內(nèi)容。
本文運用到了SolidWorks三維軟件制圖，本文綜合性的對曲軸飛輪組的設計問題進行了研究。
關鍵詞：柴油機，曲軸，飛輪，正時齒輪 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 錄
第一章 前言 1
第二章 整體設計 3
2.1 工況計算 3
2.2 參數(shù)計算 …………………………………………………………
第三章 曲軸設計 10
3.1概述 10
3.2曲軸的設計步驟 12
3.3曲軸的結(jié)構(gòu)型式及其選擇 12
3.4曲軸材料選擇及毛坯制造 14
3.5 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細節(jié)設計 14
第四章 飛輪設計與計算 20
4.1飛輪的作用 20
4.2飛輪的設計與計算 21
第五章 主軸承設計 24
5.1主軸承的工作條件 24
5.2材料要求 25
5.3軸瓦結(jié)構(gòu)設計與主要尺寸的確定 26
第六章 正時齒輪組設計 24
5.1工作條件 24
5.2材料要求 25
5.3主要尺寸的確定 26
第七章 結(jié)論 27
參考文獻 28
致 謝 29
附錄 30
33
第一章 前言
柴油機是柴油發(fā)動機的能量釋放。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪颍╮udolfdiesel柴油）在1892發(fā)明的，為了紀念發(fā)明者，柴油是柴油機用他的名字，也被稱為柴油發(fā)動機為柴油發(fā)動機。
柴油發(fā)動機的優(yōu)點是功率大，經(jīng)濟性能好。有許多相同的柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機，每個周期有進氣，壓縮和排氣沖程，功率，四。但由于柴油比汽油柴油的使用，其粘度，易蒸發(fā)，和燃燒溫度低，與汽油相比，所以形成可燃混合氣和點火發(fā)動機。主要的區(qū)別是，在柴油發(fā)動機混合氣缸是壓縮點火，而不是燃燒。柴油機是壓縮空氣進入氣缸，空氣中的氣缸的端，在500~700攝氏度的溫度，大氣壓力40 - 50?；钊咏现裹c時，高壓泵和高壓噴射柴油柴油發(fā)動機氣缸，細晶粒的形成，混合與高溫高壓空氣混合氣，柴油自燃，猛烈膨脹，產(chǎn)生動力，推動活塞下行工作。在1900-2000oc溫度，壓力高達60-100大氣壓力，功率大，因此，被廣泛應用于柴油發(fā)動機大型柴油車輛。
在節(jié)約能源和二氧化碳排放的柴油機的所有優(yōu)點，包括熱力發(fā)動機，汽油發(fā)動機是不可替代的，因此，先進的小型高速柴油發(fā)動機，其排放已達到歐III標準，“綠色引擎”，現(xiàn)在已經(jīng)成為歐洲許多新汽車的動力裝置。
柴油機的特點
傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機的特點：熱效率和經(jīng)濟性好，使用壓縮空氣，提高空氣溫度超過柴油發(fā)動機，柴油的自燃溫度，然后注入柴油，柴油燃料與空氣的混合和燃燒。因此，沒有柴油發(fā)動機點火系統(tǒng)。同時，柴油機的燃油噴射系統(tǒng)比較簡單，因此柴油發(fā)動機比汽油發(fā)動機的可靠性。由于受到限制，需要柴油燃燒引起的損傷，具有很高的壓縮比柴油發(fā)動機。熱效率和經(jīng)濟性優(yōu)于汽油機，同時在相同功率的情況下，柴油機的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，適用于卡車。
柴油機由于工作壓力大，要求各有關零件具有較高的結(jié)構(gòu)強度和剛度，所以柴油機比較笨重，體積較大；柴油機的噴油泵與噴嘴制造精度要求高，所以成本較高；另外，柴油機工作粗暴，振動噪聲大；柴油不易蒸發(fā)，冬季冷車時起動困難。
由于上述特點，以前柴油發(fā)動機一般用于大、中型載重貨車上。小型高速柴油發(fā)動機的新發(fā)展：排放已經(jīng)達到歐洲III號的標準。傳統(tǒng)上，柴油發(fā)動機由于比較笨重，升功率指標不如汽油機(轉(zhuǎn)速較低)，噪聲、振動較高，炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴重，所以一直以來很少受到轎車的青睞。但隨著近年來柴油機技術的進步，特別是小型高速柴油發(fā)動機的新發(fā)展，一批先進的技術，例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術得以在小型柴油發(fā)動機上應用，使原來柴油發(fā)動機存在的缺點得到了較好的解決，而柴油機在節(jié)能與CO2排放方面的優(yōu)勢，則是包括汽油機在內(nèi)的所有熱力發(fā)動機無法取代的，因此，先進的小型高速柴油發(fā)動機，其排放已經(jīng)達到歐洲III號的標準，成為“綠色發(fā)動機”，目前已經(jīng)成為歐美許多新轎車的動力裝置，可以預見，我國將出現(xiàn)越來越多的柴油轎車。
柴油機與汽油機的區(qū)別
汽油發(fā)動機一般將汽油噴入進氣管同空氣混合成為可燃混合氣再進入汽缸，經(jīng)火花塞點火燃燒膨脹作功。人們通常稱它為點燃式發(fā)動機。而柴油機一般是通過噴油泵和噴油咀將柴油直接噴入發(fā)動機氣缸，和在氣缸內(nèi)經(jīng)壓縮后的空氣均勻混合，在高溫、高壓下自燃，推動活塞作功。人們把這種發(fā)動機通常稱之為壓燃式發(fā)動機。
一個高速汽油發(fā)動機（汽油車發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以高達5000到6000轉(zhuǎn)，車的汽油發(fā)動機高達4000轉(zhuǎn)）重量輕，工作時噪音小，起動容易制造和維修，成本低，因而被廣泛應用于汽車和小型貨車，和軍用越野車。缺點是高油耗，燃油經(jīng)濟性差。柴油車由于高壓縮比，平均油耗為30%低于汽油車，所以燃油經(jīng)濟性較好。如一汽大眾生產(chǎn)tdi1近期上市。7升柴油車超過1。6升汽油轎車每百公里可節(jié)省2升油。大多數(shù)的普通卡車柴油發(fā)動機。柴油發(fā)動機是汽油發(fā)動機的缺點是速度低（一般在2500 - 3000轉(zhuǎn)的最高速度），質(zhì)量，制造和維修成本（由于高燃料噴油泵和噴油器加工精度要求高）。但目前的柴油發(fā)動機逐漸克服這些缺點，它的應用范圍擴展到輕型卡車。國外柴油車發(fā)展迅速，最高速度可達5000轉(zhuǎn)。
通常，柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機30%熱效率高，節(jié)約能源，降低燃料成本的角度來看，是很有意義的促進汽車柴油機的使用。柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機相比具有功率高的優(yōu)點，使用壽命長的特點，具有良好的動態(tài)性能，其溫室氣體排放量比汽油低45%，一氧化碳和碳氫化合物的排放量很低，對機動車NOx排放周期壽命略大于汽油發(fā)動機。柴油機的缺點是有害顆粒的排放。近年來，渦輪增壓柴油機，冷卻，直接噴射，催化轉(zhuǎn)化等先進技術的粒子捕獲裝置，汽車柴油發(fā)動機的排放已達到歐Ⅲ，歐Ⅳ排放標準。在歐洲，柴油車是受歡迎的，有著嚴格的要求，在未來汽車的節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，特別是柴油車將是一個發(fā)展趨勢。目前，我國已經(jīng)發(fā)展，一汽大眾捷達寶來轎車，并已在國內(nèi)部分城市上市。
汽車在一定的使用條件下，以最小的燃料消耗量完成單位運輸工作的能力稱為汽車的燃料經(jīng)濟性。汽車燃料經(jīng)濟性是汽車的主要使用性能之一。通常，燃料的消耗費用占到汽車運行費用的37%左右。影響汽車燃料經(jīng)濟性的主要因素有：從汽車本身講，首先要提高發(fā)動機的熱效率、進氣效率和降低摩擦損失。其次要減少車身重量，減少空氣阻力，減少車輪的滾動阻力。第三，提高傳動效率，合理匹配變速比。從使用方面講，不同等級的路面跑起來耗油不同。交通擁擠、堵塞嚴重的狀況與暢通行駛的耗油完全不同。風、雨、氣候變化對汽車的耗油量都有影響。駕駛者的技術對耗油水平也有很重要的作用。影響汽車燃料油經(jīng)濟性的因素十分多，其中最主要的還是汽車發(fā)動機本身。
2100柴油機具有多方面的優(yōu)勢，所以無論是在國內(nèi)還是國外，它的應用也越來越廣泛，與世界上許多內(nèi)燃機車、船用它，尤其是農(nóng)用車，2100型柴油機的首選動力。隨著國民經(jīng)濟建設和生產(chǎn)發(fā)展，2100柴油機的應用越來越廣泛，它對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。
本論文完成的2100型柴油機選型的總體方案，曲軸飛輪組的設計。曲軸飛輪組的特殊部分的設計包括曲軸設計，飛輪和飛輪平衡設計與計算。
2100柴油發(fā)動機介紹
2100柴油發(fā)動機在中國70年左右的產(chǎn)品。柴油發(fā)動機是100系列柴油機，立式水冷四沖程柴油發(fā)動機。具有性能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟指數(shù)低，使用壽命長，使用方便等特點。主要技術參數(shù)如下：
缸徑：100mm；兩缸
行程：120mm
壓縮比：16
額定功率：20kw；
額定轉(zhuǎn)速：2000r/min；
燃油消耗：250g /kw.h
1）形狀的布局特點
2100型柴油機具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。特殊形狀的布局主要是分開設置的進、出口閥兩側(cè)和燃料供應系統(tǒng)和電啟動系統(tǒng)。
為頂置氣門機構(gòu)的2100柴油發(fā)動機。與橫向型相比，結(jié)構(gòu)復雜，零件數(shù)量多，在高速往復運動，振動和噪聲的增加，可靠性降低。但在柴油機的高壓縮比，側(cè)面安裝的閥裝置是很難實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，必須使用架空式。
2）主要部件的結(jié)構(gòu)
（1）活塞連桿組
活塞由活塞，活塞環(huán)，活塞銷，連桿螺栓，軸承等。
a.2100柴油機活塞在一個浴盆形坑頂，活塞頭設有活塞加工活塞環(huán)的環(huán)槽，和活塞裙部的長邊，橢圓形活塞。
b.活塞環(huán)包括三個氣環(huán)和油環(huán)。里面有頂環(huán)的口袋，安裝通道身邊的時候必須朝上；第二，三氣環(huán)外倒角。合金鑄鐵制造的氣環(huán)，第一道氣環(huán)表面鍍高性能層，剩余的氣體環(huán)表面或一般硫化錫處理，磷化，在活塞環(huán)更容易使表面。
c.圓柱空心2100型柴油機活塞銷，減少離心力的影響。一般優(yōu)質(zhì)低碳鋼或低合金淬火。
d.連接材料采用40或45不銹鋼，高碳鋼鍛造或軋制，加工成型，并經(jīng)過淬火和回火。連桿是短圓柱形，大半徑圓弧光滑過渡之間的頭和身體，為了減少應力集中的過渡。桿體采用工字形截面的形狀，在較輕的情況下獲得足夠的強度和剛度。采用斜切口連桿，拆裝方便退出氣缸頭。
e.軸承2100柴油機鉆孔或銑環(huán)形油槽的主要承載輸送潤滑油的連桿軸承，連桿襯套或送油。
(2).曲軸飛輪組
曲軸飛輪組由曲軸，飛輪，齒輪，曲軸正時齒輪，帶輪。有潤滑油孔和曲軸連桿軸頸之間。
飛輪齒圈倒角的一面的飛輪總成。飛輪的內(nèi)壁上鉆有小孔，使部分油外飛輪通過洞回到油底殼，確保摩擦驅(qū)動飛輪和離合器更好。粗短，空心軸頸直徑。曲柄銷日期型腔。主軸承，連桿軸承和推力板是用耐磨合金軋制。
（3）.配氣正時傳動機構(gòu)
配氣機構(gòu)包括在氣門和氣門驅(qū)動機構(gòu)的氣缸蓋組件，還包括齒輪軸，齒輪，空氣濾清器，進氣管和排氣消聲器。
a.凸輪軸
通過氣門挺桿，凸輪軸上的凸輪，氣門推桿和搖臂，進排氣閥，排氣閥，控制開啟和關閉的時間。
b. 正時齒輪
凸輪軸和噴油泵由曲軸正時齒輪的前端通過中間惰輪驅(qū)動。機油泵由曲軸齒輪通過中間齒輪泵驅(qū)動。
c.齒輪傳動系統(tǒng)
齒輪曲柄帶動驅(qū)動輪，惰輪帶動齒輪軸齒輪和齒輪泵，控制時序和燃料供應。高精度要求的齒輪，一般用45鋼制造。
圖1-1 曲軸飛輪組
第二章 整體參數(shù)設計
2.1 工況計算(柴油機的主要設計指標)
1) 動力性指標
動力指標包括有效功率（P），速度（n），最大扭矩和最大扭矩轉(zhuǎn)速。
1，有效功率P =×Z×N / *（t）（2-1）
平均有效壓力（對）；活塞的平均速度（米/秒）；為位移（L）；Z是氣缸數(shù)；N；轉(zhuǎn)速（r/min）。
因此，通過以上參數(shù)的有效功率。在確定了基本在設計速度和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，有效功率的主要參數(shù)是平均有效壓力。
2，速度（N）
柴油機由于其混合氣的形成和燃燒速度慢，速度不太高。速度大于1000r/min高速，600 ~ 1000r/min轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)速低于600r/min。
提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以使功率增加，從而使功率單元的體積減小，重量輕。但速度的增加會導致一系列的問題，如慣性力的增加，從而增加機械負荷，平衡，振動問題，噪聲增大；頻率的增加，導致熱負荷的活塞，氣缸蓋，氣缸，排氣閥和增加其他部分；摩擦損失的，提高機械效率，增加燃料消耗，磨損壽命較短；排氣系統(tǒng)阻力增大，容積效率降低。
3，最大扭矩和最大扭矩轉(zhuǎn)速
事實上，扭矩指標給出了內(nèi)燃發(fā)動機的最大扭矩。對應的發(fā)動機轉(zhuǎn)速最大扭矩最大扭矩轉(zhuǎn)速。
2).經(jīng)濟性指標
柴油機的經(jīng)濟性指標主要是指燃油消耗率指標，即每千瓦小時的耗油量。柴油機是固定的作業(yè)是指額定功率下燃料消耗率。柴油機變工況，它一般是指最低燃料消耗率的特性曲線。例如，柴油發(fā)動機的最低燃油消耗率，它是指最低燃料消耗率的普遍特征。當然，油耗低的特點，越來越廣泛，經(jīng)濟條件較好。
（1）燃油消耗率【（g/（*h））】
降低的措施主要有指示效率和機械效率。一般車用柴油機的燃油消耗率為250~380 g/（*h）。柴油機的經(jīng)濟性是內(nèi)燃機設計師和使用者永遠追求的目標。
（2）機油消耗率gm【（g/（*h））】
機油的價格遠高于燃料油，希望使用中的消耗量盡量減少，而且要求在兩個保養(yǎng)期之間不要添加機油，一般車用柴油機機油消耗率為1.3~2.6g/（*h）。
2.2參數(shù)計算
1.氣缸數(shù)和單缸功率
有效功率（kW）
為平均有效壓力（MPa）；為活塞平均速度（m/s）；為單缸工作容積（L）；Z為氣缸數(shù)；n為轉(zhuǎn)速（r/min）；D為氣缸直徑（mm）；為沖程數(shù)。
其中氣缸數(shù)，缸徑，沖程
設計該2100柴油機最高轉(zhuǎn)速為 ，所以設計該2100柴油機功率為
所以該2100柴油機缸數(shù)為兩缸，單缸功率。
2.活塞平均速度
其中,所以滿足柴油機設計要求。
3.平均有效壓力
，其中，所以得。
4.氣缸直徑
氣缸直徑
5.行程及缸徑行程的比值
行程, 缸徑行程比。
6.氣缸中心距及其與缸徑的比值
氣缸中心距，氣缸中心距缸徑比。
7.壓縮比
設計該2100柴油機的壓縮比
第三章 曲軸設計
3.1概述
曲軸是發(fā)動機的主要運動部件，其性能直接影響到發(fā)動機的可靠性和壽命。隨著指數(shù)的強化提高發(fā)動機，曲軸的工作條件更加苛刻。由于氣體壓力的周期性變化，往復和旋轉(zhuǎn)運動的慣性力和它們之間的相互作用引起的彎曲，在彎曲和扭轉(zhuǎn)工作過程的曲軸，還要承受一定的沖擊負荷，軸表面的磨損，其主要失效形式是曲軸軸頸表面磨損和疲勞斷裂的統(tǒng)計分析結(jié)果表明，破壞，約有80%是通過曲軸彎曲疲勞的產(chǎn)生。
因此，在曲軸的設計，必須將曲軸的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，正確的選擇，材料和工藝，具有很高的疲勞強度，剛度和良好的動態(tài)特性。曲軸是氣體壓力，慣性力，在連續(xù)的周期往復和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量和轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）的扭轉(zhuǎn)和彎曲作用下，曲軸可導致疲勞，應力狀態(tài)。理論和實踐表明，對各種曲軸，決定性的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，是次要的（不包括扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞）。統(tǒng)計分析表明，曲軸的破壞，約有80%是由彎曲疲勞引起的。因此，圍繞曲軸結(jié)構(gòu)強度彎曲疲勞強度。
形狀復雜，應力集中現(xiàn)象非常嚴重，尤其是在該地區(qū)，以曲軸軸頸油孔和粗糙的應力集中現(xiàn)象零件加工附近過渡尤為突出。曲軸軸頸在高壓力，具有足夠大的相對速度滑動摩擦軸承。在實際工況下，軸承的條件的變化并不總是保證液體潤滑，尤其是當油不干凈，雜志是一個強烈的磨粒磨損表面，使得曲軸的實際壽命大大降低。曲軸曲柄連桿機構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度是非常重要的。如果曲軸彎曲剛度是不夠的，它將大大惡化，活塞，連桿，軸承的工作條件和其他的重要組成部分，其工作的可靠性和耐磨性，即使在曲軸箱的局部損傷。曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度可能在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動。
綜上所述，曲軸設計時應符合以下要求：
1曲軸的疲勞強度，以確保可靠的操作。設計應盡量減少應力集中，加強薄弱環(huán)節(jié)；
2具有足夠的剛度，曲軸的變形不太大；
3頸部有良好的耐磨性。根據(jù)該雜志的壓力，軸承材料的選擇，適當?shù)妮S頸硬度和加工精度，以保證曲軸和軸承有足夠的生活；
4處理安排合理，保證柴油機曲軸運轉(zhuǎn)均勻；良好的平衡，以減少振動和主軸承負荷；
5選擇合適的材料，為了充分發(fā)揮材料的強度潛力。
所有這些要求，在高速柴油機的條件下，要實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上輕下重。同時，隨著內(nèi)燃機的不斷發(fā)展，加強指標，結(jié)構(gòu)也應留有發(fā)展余地。
不難看出，強度，剛度，耐磨性，光的要求是矛盾的。例如，為了提高曲軸的剛度和主軸和曲柄銷直徑的增加，軸承，可以減少軸承的壓力，但圓周速度承載高速度的增加，導致摩擦功率損失增加，軸承溫升，降低軸承工作的可靠性。此外，曲柄銷的增加，連接桿有較大比例的增加，承載負荷增加，離心。在這個時候，可能會導致采用斜切口連桿的必要性，連接桿和剛性差，制造成本高。曲軸連桿轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的曲柄銷帶來的質(zhì)量增加，可能使扭轉(zhuǎn)剛度得到了很好的后失去。這些都是在整體發(fā)展的內(nèi)在矛盾的曲軸，曲軸強度的矛盾，應力集中在最大應力和材料的抵抗力是它的主要矛盾。影響的主要矛盾的主要因素在三個方面：結(jié)構(gòu)，材料和加工技術，這三種因素單獨作用，又相互影響，我們應該辯證地分析，在曲軸的設計，不僅要關注其結(jié)構(gòu)尺寸設計的一個方面。
由于曲軸受力復雜，形狀特殊，在曲軸的設計，到目前為止無人能充分反映一般實際的理論公式。因此，曲軸的設計主要是依靠經(jīng)驗設計，這是基于很多現(xiàn)有的曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為了初步確定曲軸，曲軸的基本尺寸設計，強度校核，在結(jié)構(gòu)細節(jié)測試樣本，最后確定的結(jié)構(gòu)，尺寸和加工技術等。
3.2曲軸的設計步驟
曲軸設計開始在柴油機總體設計階段。設計步驟如下：
1根據(jù)柴油機的使用，增強的程度，大批量生產(chǎn)，與活塞缸間距等參數(shù)選擇行程，曲軸材料，合理的結(jié)構(gòu)形式，毛坯制造方法技術的必要性和加強。
對2柴油機相似原理的基礎上，設計人員的經(jīng)驗，初步選定曲柄銷軸頸與曲柄臂的尺寸。
根據(jù)3沖程柴油機的氣缸數(shù)，數(shù)目和排列，點火順序，從保證良好的平衡，均勻的扭矩，主軸承負荷不太大確定曲柄排列原則。
曲軸：曲軸尺寸計算選擇，平衡計算和曲軸曲軸疲勞強度計算的需要，來驗證設計滿足曲軸的設計要求。
根據(jù)計算結(jié)果，決定是否修改設計。該方法需要反復，最終確定曲軸的尺寸，平衡塊的大小和排列方式，潤滑油道布置，完成曲軸端的設計，繪制曲軸零件圖。
3.3曲軸的結(jié)構(gòu)選擇
如圖3.1所示的結(jié)構(gòu)：它由主軸頸，連桿軸頸的曲軸，平衡塊，前軸和后軸端部分。一個連桿頸和兩端的曲柄臂和兩主軸頸在一起，稱為曲拐。形成整體式和組合式兩。與大多數(shù)汽車發(fā)動機整體曲軸的結(jié)構(gòu)分析。
圖3.1
1. 主軸頸
如圖3.2所示，用于支撐曲軸，曲軸在旋轉(zhuǎn)中心線。在主軸承支撐的主軸頸，主軸頸和連桿軸頸的結(jié)構(gòu)類似，在滑動主軸承的不同點，主軸頸和連桿軸頸的結(jié)構(gòu)類似，不同的是在油箱油面。主軸承蓋螺栓和曲軸箱軸承座固定在一起。為了使主軸頸的磨損比較均勻，在中央和交通大學進行了廣泛的兩端主軸頸的力量。
有一個主軸頸連桿軸頸兩邊的人都有，稱為曲軸的全力支持。曲軸剛度的全面支持，軸負荷小，但它是比較長的。如果主軸頸軸小于連接數(shù)，它被稱為非全支撐曲軸。相反，支撐軸。
圖3.2
2. 連桿軸頸
用于安裝連桿，如圖3.3所示。在發(fā)動機連桿和氣缸是相等的項目數(shù)；V型發(fā)動機因為共同安裝在連桿軸頸的兩連桿，頸部半缸數(shù)軸連接。曲柄銷通常是中空的，其目的是減少曲柄轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)量，為了減少離心力。中空部分作為油和油腔，如圖所示。油腔不鉆透螺塞的外端是封閉的，并用開口銷鎖。連接桿的中間部分插入管口位于油室中心。當曲軸轉(zhuǎn)動時，在重雜質(zhì)曲軸油管被扔到油腔壁，通過連桿軸表面清潔油管道流動，減少軸頸磨損。
圖3.3
3. 曲軸臂
用于連接主軸頸和連桿軸頸，如圖3.4所示。一些發(fā)動機曲柄臂和曲軸平衡塊，平衡不平衡離心力和力矩，和一些可以往復慣性力部分平衡。圖3.5是四缸發(fā)動機曲軸應力。3.4連桿和2.3連桿f1.f4離心力離心力等于f2.f3，在相反的方向?？傮w上，似乎可以在內(nèi)部相互平衡，但由于作用在M3-4 F1和F2 F3 F4和MF2和夫婦的形成，如果曲軸的剛度不足，然后彎曲變形，磨損主軸頸。為此，需要拓寬軸，增加剛度，減少磨損。但更有效的措施，是一個平衡塊曲軸臂的相反方向延伸。平衡塊曲軸制成一體，也可以單獨制造，然后用螺栓固定在曲柄臂，并將導致曲軸平衡塊質(zhì)量和材料消耗，生產(chǎn)工藝復雜。因此，如果你想添加的曲軸平衡塊，根據(jù)具體情況。
圖3.4
圖3.5
曲軸上離心力作用和加平衡塊示意
4. 曲軸的前軸端
通常前端裝有正時齒帶輪扭轉(zhuǎn)減振器和起動爪，防止漏油沿曲軸，一般前齒輪甩油盤，正時齒輪蓋在自緊密封塊。當油濺到油底殼與曲軸旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，被扔進定時蓋內(nèi)壁上的油密封，堵油，油流回到沿壁殼。
5. 曲軸的后軸端
油回油螺紋和法蘭；飛輪盤。飛輪是用來連接飛輪盤輸出功率。油回油螺紋法蘭，以防止泄漏，如圖1.6所示，從主軸頸間隙流回油，主要的石油被扔進槽的后沿主軸承座孔的法蘭，與回油孔劉鍋。少量油流回油線地區(qū)，是回油回油螺紋法蘭和甩油低殼。石油是更可靠地防止端，有時還上發(fā)動機主軸承蓋上裝有油封，橡膠密封材料，含有石棉繩石墨。此外，對主軸承蓋的最后一行與缸體結(jié)合面嵌入軟木板或石棉繩填料密封功能。
隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)部件，除了采用斜齒輪傳動引起的軸向力外，還要承受上下坡速度；軸向力；制動器和離合器的腳產(chǎn)生，從而使曲軸和移動。如果軸向位移過大，會損傷部分正常工作。
圖3.6
但也不能過小，應給曲軸留有熱膨脹伸長的余地。為此；曲軸必須有一定的軸向間隙，此間隙一般在0.05~0.25mm。
3.4曲軸材料選擇
常用的曲軸材料有可鍛鑄鐵，合金鑄鐵，球墨鑄鐵，碳素鋼和合金鋼等，相應的毛坯也分為鑄造與鍛造。
鍛造曲軸一般采用中碳鋼或者合金鋼制造，毛坯生產(chǎn)需要大型鍛壓設備，雖然毛坯尺寸比較精確，減少了加工余量，提高了材料利用率，此外，鍛造能夠使材料的金屬纖維成方向性排列，纖維方向和曲軸形狀大致相符，這大大提高了曲軸的抗拉強度和彎曲疲勞強度。但是鍛造曲軸成本過高，大約是球鐵曲軸的3-7倍。
綜上分析，我采用45號鋼模鍛。
3.5 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細節(jié)設計
1、曲柄銷的直徑和長度
在曲軸的厚度考慮，首先是確定曲柄銷直徑?，F(xiàn)代發(fā)動機設計，在一個更大的使用價值的總趨勢，為了降低曲柄銷的壓力，提高連桿軸承工作的可靠性，提高曲軸的剛度。然而，隨著連桿曲柄銷直徑的增加，增加的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡離心力，曲軸和軸承的工作不利。因為與曲柄銷軸直徑的增加導致的振動頻率將增加，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動的頻率偏移造成的損害減少可能增加扭轉(zhuǎn)振動。此外，曲柄銷直徑會增加軸承的摩擦損失，造成軸承溫度升高，潤滑油的熱負荷。為此，曲柄銷直徑不應大于。曲柄銷的長度是根據(jù)所選擇的考慮。
根據(jù)表3-1，初步選取
曲柄銷的直徑=（0.60~0.70）D=66~77mm, 取=70mm;
曲柄銷的長度=（0.35~0.45）D=38.5~49.6mm, 取=42mm。
2、主軸頸的直徑和長度：
從主軸承負荷，較細的曲柄銷，因為最大負荷小于主軸承、連桿軸承。但為了最大限度地提高曲軸的剛度，大膽的主軸直徑有很大好處。因為第一，大膽大膽的主軸直徑不同，曲柄銷，有很多副作用，對大膽的主軸頸的重疊程度，可以提高曲軸軸頸，從而提高曲軸的剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動慣量，從而提高扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率，減少危害；其次，可以相對縮短其長度。主軸頸，使增厚的曲柄臂可提高其強度，提供。
根據(jù)表3-1，初步選取
主軸頸直徑=（0.70~0.80）D=77~88mm取=80mm;
主軸頸長度=（0.35~0.50）D=38.5~55mm 取=40mm。
3、曲柄臂：
曲柄臂是曲軸的曲柄它最薄弱的部分，在平面內(nèi)的彎曲剛度和強度較差。實踐表明：通過交變彎曲應力所造成的損害是曲軸的曲柄臂骨折的主要類型。曲柄臂應選擇適當?shù)暮穸?，寬度，使曲軸具有足夠的剛度和強度。曲軸的形狀要合理，改善應力分布?，F(xiàn)代高速曲柄形狀的橢圓形和圓形。實驗表明：橢圓形曲柄有最好的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。本實用新型的優(yōu)點是消除應力小或無應力的一部分，它的重量，應力分布均勻。但處理方法比較復雜，采用模鍛的方法可以直接形成。
根據(jù)表3-1, 初步選取
曲柄臂厚度h=（0.21~0.28）D=23.3~30.8mm 取h=24mm；
曲柄臂寬度b=（1.05~1.30）D=115.5~143.5mm 取b=120mm。
4、曲軸圓角：
曲軸和曲柄臂連接角稱為軸頸圓角，曲柄銷和曲柄臂連接的曲柄銷圓角稱。
曲柄銷圓角和軸頸圓角是曲軸應力最大的部分，并沿倒角剖面的應力分布是不均勻的，所以它是非常重要的設計輪廓倒角。
R的曲軸圓角半徑應足夠大，根據(jù)表3-1，R = 0.03 / 0.05 = 2.1 ~ ~ 4.0mm，半徑太小會造成應力集中。為了提高曲軸圓角半徑，縮短了軸頸圓角，有效工作長度，圓角的設計應確保當曲柄臂具有足夠的厚度。曲軸也可以由兩個不同半徑的圓弧和三。當選擇適當?shù)亩伟霃娇梢蕴岣咔S的疲勞強度，增加有效長度的滑動軸承。
本次設計遵循以上原則，選取圓角半徑 r=4mm。
SolidWorks下三維繪制曲軸：
第四章 飛輪設計與計算
4.1飛輪的作用
由于曲軸所發(fā)出的扭矩是個周期變化的量，當它大于有效阻力矩時，曲軸就加速，反之就減速，造成曲軸轉(zhuǎn)速的波動，減小這種波動的措施有兩種：一是增加內(nèi)燃機的氣缸數(shù)，另一措施是在曲軸上加裝飛輪。在本次設計中，任務給定是兩缸，所以我們在曲軸上加裝了飛輪。
對任何往復式內(nèi)燃機，其輸出扭矩即使在穩(wěn)定工況下也是不斷周期性變化的。通常用扭短工 不均勻系數(shù)來判斷發(fā)動機合成扭矩的均勻程度。但發(fā)動機所帶動的聳動裝置的有效阻力矩一般是定值。因此，當曲拐在某一位置時，發(fā)動機的輸出扭矩有可能大于或小于由其所帶動的阻力矩。當發(fā)動機的輸出扭矩大于有效阻力矩時，曲軸就加速，反之則減速，造成曲軸轉(zhuǎn)速的波動。我們把曲軸轉(zhuǎn)速忽快忽慢的這種現(xiàn)象稱之為曲軸回轉(zhuǎn)不均勻性。發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動會產(chǎn)生一系列不良后果。如發(fā)動機驅(qū)動件與被它帶動運轉(zhuǎn)的從動件之間產(chǎn)生沖擊，影響工作可靠性，降低使用壽命，產(chǎn)生噪音；同時使測試儀器的工作不穩(wěn)定；曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻還會引起曲軸的振動。所以曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻生應控制在允許范圍內(nèi)。
要想提高發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，降低曲軸角速度波動的措施有：
一、增加氣缸數(shù)，點火均勻，使由于氣缸間歇性工作帶來的沖擊減少。
二、增加發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量，使角速度波動率減小。最有效的方法就是安裝飛輪。
由于氣缸數(shù)已經(jīng)確定，只能通過安裝飛輪來提高發(fā)動機的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。當輸出扭矩大于阻力矩時，飛輪就將多余的功吸收而使轉(zhuǎn)速略增；當阻力矩大于輸出扭矩時，飛輪則將其儲存的能量放出，此時飛輪的動能減小，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速略減?？梢婏w輪是一種動能儲存器，它起著調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的作用。
4.2飛輪的設計與計算
在飛輪的設計中，我們先根據(jù)經(jīng)驗定出其外徑、內(nèi)徑和厚度b，然后在根據(jù)經(jīng)驗公式對其進行校核。
尺寸的初步確定：
飛輪外徑＝（2.5~3.5）S=300~420 mm 取=320mm；
輪緣厚度h=()=32~16 mm取h=25 mm
=-2h=270mm；
取 b=92mm；
飛輪的圓周速度：
v= （4-1）
==33.49m/s
由于v35~50 m/s 因此選取的合格。
表4-1 不同缸數(shù)i四沖程發(fā)動機的扭矩不均勻系數(shù)和盈虧功系數(shù)
（《內(nèi)燃機設計》 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
由任務給定的數(shù)據(jù)，選取各種相關系數(shù)：
運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)=；
飛輪轉(zhuǎn)動慣量占內(nèi)燃機總轉(zhuǎn)動慣量的分數(shù)=0.85；
盈虧功系數(shù)=0.6；
飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：
（4-2）
=
=0.5172802404（kg）
由初步確定的尺寸按5-2式可計算出飛輪的重量：
（4-3）
HT250的密度，取7.34
=154.3510272（N）
再由式5-3可計算出假設飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：
（4-4）
=0.342663218（kg）
由于，所以，此飛輪合格。
繪制三維實體：
第五章 主軸承設計
5.1主軸承的工作條件
曲軸軸承內(nèi)燃機氣體爆炸壓力和工作活塞慣性力的動態(tài)沖擊載荷下，計算功率，最高的平均壓力為20 ~ 30MPa，事實上從表面潤滑理論的分析，在潤滑油膜局部最大油膜壓力可以達到平均壓力的10倍。由于負載是交流，將在疲勞應力狀態(tài)的合金層，合金層產(chǎn)生微小的裂縫，裂縫和裂縫的發(fā)展相匯時，合金層疲勞剝落。
其次，高速內(nèi)燃機的相對滑動速度，軸承與軸頸之間可以達到10m/s，在如此高的速度運動，即使液體摩擦，會產(chǎn)生大量的摩擦熱，軸承的工作表面溫度150℃，如果有足夠的潤滑油通過摩擦表面，能使軸承降溫，也可以標軸承完全液體摩擦狀態(tài)，即軸承與軸頸兩摩擦表面有一層油膜表面完全隔開，不直接接觸，但這種理想液體摩擦狀態(tài)在實際發(fā)動機工作過程不能完全等待保證。由于內(nèi)燃機，特別是運輸型內(nèi)燃機車和拖拉機型，頻繁地改變操作條件，頻繁起動和制動，容易出現(xiàn)所謂的邊界摩擦，而兩摩擦表面靠分子間引力，用一層幾個分子厚的薄膜潤滑油的吸附，金屬表面完全被油膜邊界層分離。一旦油膜破裂的邊界，金屬材料可以被連接的接觸，固體摩擦，引起強烈的磨損，甚至表面熔化，每個支架固定在一起，這是軸承損壞的根本原因，必須避免。
隨著發(fā)動機工作時間的增加，泡沫噴射發(fā)動機潤滑油，在100度攝氏度的高溫下不斷氧化，形成有機酸，對軸承表面腐蝕。石油機械雜質(zhì)是逐漸積累，損壞軸承和軸頸表面。
此外，曲軸和曲軸箱的制造誤差，在工作中也會產(chǎn)生局部變形，載荷的軸和軸承之間的集中，影響軸承的正常工作。
根據(jù)具體的工作條件下，軸承在內(nèi)燃機中一般都采用由多層金屬或合金。因為一般的物質(zhì)有更高的力學性能，表面摩擦性能不好；另一方面，也對材料的機械強度良好的摩擦性能普遍較差，單金屬軸承無法滿足曲軸軸承負荷調(diào)整的要求。曲軸軸承一般由鋼瓦背和耐磨層，保證軸承的機械強度和減摩層薄，以確保良好的摩擦性能。具體來說，軸承。具體來說，軸瓦和工作條件：
1高動態(tài)載荷的影響。易形成疲勞應力狀態(tài)，使金屬層剝離。
2相對滑動速度高。由于摩擦，軸頸表面溫度，達到150℃以上，導致油的粘度降低，承載能力下降。
3油在高溫下氧化，形成有機酸，對金屬表面的腐蝕。
4有時形成干摩擦，金屬表面熔化，粘附，撕裂。
5由于制造誤差和機械變形，荷載引起的邊緣。
5.2材料要求
1. 有很高的機構(gòu)攻耐熱性。
2. 有足夠的減摩性能，抗咬粘性、順應性、嵌藏性。
3. 有較好的耐蝕性。
4. 瓦背與減摩層有足夠的結(jié)合強度，不因剪切力和熱應力而分層。
綜合分析，選用滑動軸承，材料：黃銅合金
5.3軸瓦結(jié)構(gòu)設計與主要尺寸的確定
1. 主軸瓦厚度t
已知主軸頸直徑=80 mm,由于薄壁軸瓦輕巧結(jié)構(gòu)，加工精度高，，適于大量生產(chǎn)的特點，本次設計采用旋壓軸瓦。初步選取
主軸承厚度t：t/D=（0.02~0.05）D=2.2~5.5mm 取t=2.5mm；
主軸承內(nèi)徑d：d=80mm
外徑：=d+2t=85mm
2. 軸承寬度B和油槽
1）寬度B
內(nèi)燃機曲軸各軸承的寬度一般取決于發(fā)動機曲軸軸肩的設計分布。內(nèi)燃機為了獲得相對緊湊的外形尺寸，總是盡量縮短氣缸中心距，以致主軸承的寬度與內(nèi)徑之比縮短到B/ d＝0.35~0.4,初步選取
B＝（0.35~0.4）d＝28~32 mm。
第六章 正時齒輪組設計
5.1工作條件
四沖程的發(fā)動機活塞運動時氣門的動作必須得受控。也就說氣門的動作的時刻和狀態(tài)必須是和活塞運動的狀態(tài)和時刻是一致的，而曲軸與凸輪軸并不是在一個軸線上，他們之間必須得有傳動系統(tǒng)來連接，（當然，有一部分是下置凸輪軸的，這種形式的發(fā)動機目前比較少，但是同樣也要正時齒輪的。）這個傳動系統(tǒng)是由兩個齒輪和一條鏈條或者是皮帶來完成的，那么這兩個齒輪就叫做正時齒輪，這兩個齒輪上面有標記，按標記對好后裝上鏈條或者是皮帶之后就能保證氣門動作的時刻和動作是準確的。
四沖程發(fā)動機完成一個工作循環(huán)，曲軸要旋轉(zhuǎn)2圈，而凸輪軸只需要旋轉(zhuǎn)一周，便使進排氣氣門各有一個開閉動作，輔助發(fā)動機完成一個循環(huán)。所以把它們的傳動比設置為2比1。
5.2材料要求
齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素也很多，下述幾點可供參考：
1．齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機械性能高的合金鋼；礦山機械中的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料。總之，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應考慮的因素。
2．應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯?？蛇x擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時，應選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。
3．正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)和輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。
綜上，選用45 號鋼調(diào)質(zhì)再高頻齒部的方案。
5.3設計與主要尺寸的確定
根據(jù)計算數(shù)據(jù)，三維建模：
第七章 結(jié)論
本設計是一個綜合性的設計，與所有的課程我在大學四年的學習，我對內(nèi)燃機設計的新認識。
通過這次設計，我確定發(fā)動機產(chǎn)品的設計過程，加深了我對專業(yè)知識的理解，鍛煉自己的識圖和繪圖能力，尤其是鍛煉自己使用計算機繪圖能力，培養(yǎng)同學之間的合作精神，這是一個有價值的工作對自己的財富之前。
雖然這種設計只是按照以往的經(jīng)驗，在現(xiàn)有的框架下建立了自己的機器，但在這個過程中，我學會了曲軸和飛輪及其計算過程，總體的設計過程，我相信，在今后的工作中，他們會給我?guī)順O大的方便。
內(nèi)燃機的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程，它今天已經(jīng)更完美。作為新一代的人，我們應該給它新的元素。這就要求我們建立一個現(xiàn)代化的水平，以更好地滿足新型內(nèi)燃機的使用要求，前所未有。當然，這只是我的個人觀點。由于許多知識，實踐經(jīng)驗等因素的限制，我們也不能提高更好的理論和。
總之，設計使我們各方面的能力得到了提高。是我們以后的工作和學習的寶貴經(jīng)驗
參考文獻
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