發(fā)動機構(gòu)造課程設(shè)計說明書講訴

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書題目：汽車發(fā)動機曲軸飛輪組設(shè)計學(xué) 院：車輛與酢源學(xué)院年級專業(yè)：熱能10級學(xué) 號: 100113020030學(xué)生姓名： 劉春輝指導(dǎo)教師：于敏之張靜教師職稱：副教授 講師燕山大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：車輛學(xué)院基層教學(xué)單位：熱能與動力工程系學(xué)號100113020030學(xué)生姓名劉春輝專業(yè)（班級）10熱能1班設(shè)計題目發(fā)動機曲軸飛輪組設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)1 .曲軸飛輪組的設(shè)計計算；2 .曲軸飛輪組的結(jié)構(gòu)設(shè)計；3 .校核分析。設(shè) 計 要 求1 .參照相應(yīng)實物測繪或相關(guān)資料推演尺寸為依據(jù)，進行進行相關(guān)計算、 校核；2 .繪制設(shè)計圖紙（裝配圖、主要零件圖） ；3 .編寫課程設(shè)計說明書

2、。工 作 量1、5000字左右說明書一份，包括：a.結(jié)構(gòu)原理綜述；b.設(shè)計參數(shù)；c.結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算及校核；2、a1整體圖1張，主要結(jié)構(gòu)圖 2-3張總圖量不少于1張a0o工 作 計 劃1、課程設(shè)計概述，布置題目（設(shè)計題目、要求），第1天；2、收集資料，第2天；3、設(shè)計計算，第3-5天；4、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，第 6-9天；5、主要零件繪制，10-17天；6、說明書，第17-19天；7、答辯、考核、上交課程設(shè)計說明書，第20天。參 考 資 料1、汽車構(gòu)造（第3版上冊），陳家瑞，機械工業(yè)出版社 2009.2;2、汽車發(fā)動機構(gòu)造圖冊日本gp企業(yè)，董鐵有譯人民交通出版社2005.1 ;3、汽車構(gòu)造圖冊（發(fā)動機

3、）,張則曹（第三版）人民交通出版社2010.6 ;4、汽車構(gòu)造（上冊）發(fā)動機構(gòu)造，羅燈明，段興華，北京大學(xué)出版社 2010.8;指導(dǎo)教師于敏之 張靜基層教學(xué)單位主任王華山說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。摘要 i第一章緒論 11.1 選題的目的及意義 11.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 11.3 設(shè)計研究的主要內(nèi)容 1第二章機構(gòu)方案分析22.1曲軸飛輪組機構(gòu)的組成2第三章曲軸的設(shè)計33.1 曲軸的設(shè)計要求33.2 曲軸的設(shè)計步驟43.3 曲軸的結(jié)構(gòu)形式及其選擇 53.4 曲軸的材料選擇63.5 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計 63.6 曲軸平衡塊93.7 曲軸的端部結(jié)構(gòu)11第

4、四章 飛輪的設(shè)計與計算 124.1 飛輪的作用 124.2 飛輪的設(shè)計與計算 13第五章心得體會 17第六章參考文獻18近些年來，我國的發(fā)動機曲軸飛輪生產(chǎn)行業(yè)得到較大的發(fā)展， 總量以具有 相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品種類、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都 有很大的發(fā)展。曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪以及其他不同作用的零件和附件 組成。其零件和附件的種類和數(shù)量取決于發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和性能要求。曲軸飛輪組的作用是把活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，為汽車的行駛和其他需 要動力的機構(gòu)輸出扭矩。同時還儲存能量，用以克服非做功行程的阻力，使發(fā) 動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。關(guān)鍵詞：曲軸飛輪組，曲軸，飛輪，三維設(shè)計燕山大學(xué)課

5、程設(shè)計說明書第一章 緒論1.1 選題的目的及意義曲軸作為發(fā)動機最重要組成零件之一，是承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn) 變?yōu)榕ぞ?，然后通過飛輪輸出，另外，還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他 輔助裝置（如發(fā)電機、風(fēng)扇、水泵、轉(zhuǎn)向油泵等）。，其設(shè)計是否合理決定了發(fā) 動機的設(shè)計成敗，同時也對發(fā)動機的緊湊性、可靠性、耐久性、經(jīng)濟性有著 至關(guān)重要的影響。隨著現(xiàn)在發(fā)動機高升功率、高升扭矩、高轉(zhuǎn)速化的設(shè)計， 人們對其性能指標(biāo)的要求越來越高，要求其在高速運行的條件下仍然能夠平 穩(wěn)、可靠地工作，因而對其曲軸提出了更高的要求。飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于 曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在

6、其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿 機構(gòu)越過上、下止點。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使 發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷，止匕外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的 驅(qū)動件。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀內(nèi)燃機曲軸飛輪的優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代高性能內(nèi)燃機的要求。相對于以往的 傳統(tǒng)設(shè)計方法，現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計過程更加注重曲軸的實際運行情況。優(yōu)化后 曲軸和飛輪不僅在結(jié)構(gòu)和尺寸上更加合理，運行壽命得到延長，而且設(shè)計周 期大大降低。在國內(nèi)外學(xué)者的共同努力下，曲軸飛輪組的優(yōu)化設(shè)計得到了比 較迅速的發(fā)展。1.3 設(shè)計研究的主要內(nèi)容對曲軸飛輪組進行簡單研究，主要的研究內(nèi)容有：1）曲軸的設(shè)計計算；2）曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計；3）飛

7、輪的設(shè)計計算4）飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章 機構(gòu)方案分析2.1 曲軸飛輪組機構(gòu)的組成曲軸飛輪組包括曲軸、正時齒輪、起動爪、帶輪、飛輪等。1、曲軸曲軸的作用是把連桿傳來的推力變成旋轉(zhuǎn)的扭力，經(jīng)飛輪傳給離合器， 同時還帶動凸輪軸及風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機等工作。曲軸一般由前端(自由端)、主軸頸、曲柄、平衡重、連桿軸頸(曲柄銷)和后端(動力輸出)組成。由一個連 桿軸頸、和它左右主軸頸組成一個曲拐。曲軸的曲拐數(shù)取決于氣缸的數(shù)目和 排列方式。直列式發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)；v型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。(1)主軸頸主軸頸是支撐曲軸的部分，經(jīng)曲軸主軸承(俗稱大瓦)安裝 在氣缸體的主軸承座上。按照曲軸的主

8、軸頸數(shù)；可以把曲軸分為全支承曲軸和 非全支承曲軸兩種。曲軸大多采用全支承，即每道連桿軸頸的兩側(cè)均有主軸頸。 全支承曲軸的優(yōu)點是可以提高曲軸的剛度， 并且可減輕主軸承的載荷。具缺點 是曲軸長度較長使發(fā)動機機體長度增加。(2)連桿軸頸連桿軸頸用來安裝連桿大頭。直列型發(fā)動機曲軸的連桿軸 頸與氣缸數(shù)相同，v型發(fā)動機曲軸的連桿軸頸等于氣缸數(shù)的一半。(3)曲軸臂曲軸臂又稱曲柄，連桿軸頸通過它與主軸頸相連。(4)平衡塊 平衡塊位于曲柄的延長部分，其作用是平衡連桿大頭、連桿 軸頸等機件運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力，以及活塞連桿組作往復(fù)運動時所產(chǎn)生的慣 性力。平衡塊通常與曲柄鑄為一體，也有的曲軸是把平衡塊與曲軸分開鑄造

9、， 然后用螺栓聯(lián)接在一起。(5)曲軸前端曲軸前端用來安裝起動爪、帶輪、正時齒輪(切諾基汽車 發(fā)動機為正時鏈輪)等。2、飛輪飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿 機構(gòu)越過上、下止點。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使 發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷，止匕外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的 驅(qū)動件。為了在保證有足夠的轉(zhuǎn)動慣量的前提下，盡可能減小飛輪的質(zhì)量， 應(yīng)使飛輪的大部分質(zhì)量都集中在輪緣上，因而輪緣通常做得寬而厚。曲軸飛輪組的結(jié)構(gòu)，見圖1圖1、曲軸飛輪組結(jié)構(gòu)三維圖第三章曲軸的設(shè)計3.1曲軸的設(shè)計

10、要求曲軸是發(fā)動機的主要運動件，其性能直接影響著發(fā)動機的可靠性和壽命。 隨著發(fā)動機強化指標(biāo)的不斷提高，曲軸的工作條件更加苛刻。由于周期性變 化的氣體壓力，往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動引起的慣性力以及它們的彎扭拒共同作用， 使得曲軸在工作過程中既彎曲又扭轉(zhuǎn)，還要承受一定的沖擊載荷，軸頸表面 受到磨損，曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸表面的嚴(yán)重磨損，統(tǒng)計分 析表明，破壞的曲軸中有 80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的。在發(fā)動機工作中， 曲軸承受周期性變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力和往復(fù)慣性力以及它們 的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。因此，在設(shè)計曲軸時，為了保證工作可靠，要求曲軸具有足夠的

11、剛度和 強度，各工作表面要求耐磨而且潤滑良好，還必須有很高的動平衡要求，正 確選擇曲軸的尺寸參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、材料與工藝，使其具有較高的疲勞強度， 剛度及良好的動態(tài)特性。綜上所述，曲軸設(shè)計時應(yīng)符合以下要求：1 .有足夠的疲勞強度，以保證曲軸工作可靠。設(shè)計時應(yīng)盡量減少應(yīng)力集 中，加強薄弱環(huán)節(jié)；2 .有足夠的剛度，使曲軸變形不致過大；3 .頸具有良好的耐磨性。應(yīng)根據(jù)軸頸比壓，選取適當(dāng)?shù)妮S承材料、軸頸 硬度和加工精度，以保證曲軸和軸承有足夠的壽命；4 .柄排列合理，以保證柴油機工作均勻；曲軸平衡性好，以減小振動和 主軸承最大負(fù)荷；5 .料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強度潛力。所有這些要求，在高速內(nèi)燃機的條

12、件下，都應(yīng)該在輕的結(jié)構(gòu)重量下實現(xiàn) 同時，隨著內(nèi)燃機的不斷發(fā)展，各項指標(biāo)的強化，曲軸的結(jié)構(gòu)也應(yīng)留有發(fā)展 的余地。由于曲軸受力復(fù)雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設(shè)計曲軸時，至今還沒 有一個能完全反映實際的理論公式可供通用。因此，目前曲軸的設(shè)計主要是 依靠經(jīng)驗設(shè)計，即利用許多現(xiàn)有的曲軸結(jié)構(gòu)與尺寸的統(tǒng)計資料。借以初步確 定曲軸的基本尺寸，然后進行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計、強度復(fù)核、曲軸樣品試驗， 最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸與加工工藝等。3.2 曲軸的設(shè)計步驟曲軸設(shè)計在柴油機總體設(shè)計階段就開始進行。設(shè)計步驟大致如下：1 .根據(jù)柴油機的用途，強化程度，生產(chǎn)批量，缸心距以及活塞行程等參 數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)那S材料，結(jié)構(gòu)形式，毛

13、坯制造方法及必要的強化工藝。2 .依據(jù)柴油機相似原則以及經(jīng)驗，初步選定曲柄銷，主軸頸和曲柄臂的 尺寸。3 .根據(jù)柴油機沖程數(shù)，氣缸數(shù)目和排列方式，發(fā)火順序，從保證扭矩均勻，平衡性良好，主軸承負(fù)荷不要過大等原則出發(fā)確定曲柄排列。曲軸計算：初步選定曲軸尺寸后，需對曲軸進行平衡性計算和曲軸疲勞 強度計算，以驗證所設(shè)計曲軸是否滿足前述各項設(shè)計要求。根據(jù)上述計算結(jié)果，決定是否需要修改設(shè)計。上述方法需反復(fù)進行，并 最終確定曲軸的尺寸，平衡塊的大小和布置方式，潤滑油道的布置，完成曲 軸兩端的設(shè)計，繪制出曲軸零件圖。3.3 曲軸的結(jié)構(gòu)形式及其選擇按支承方式曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸。全支承曲軸是每兩個

14、氣缸間均設(shè)有主軸承的曲軸；而非全支承曲軸是每隔兩個氣缸設(shè)有一個主軸 承的曲軸。由于柴油機的爆發(fā)壓力較高，因而一般都采用全支承曲軸；僅有 個別小缸徑柴油機為縮短缸心距，減少主軸承數(shù)，采用非全支承曲軸。按結(jié)構(gòu)型式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。1、整體式曲軸，整體式曲軸的毛坯是由整根鋼料鍛造或用鑄造方法澆鑄 出來的。整體式曲軸結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，工作可靠，而且剛度和強度較高， 加工面也比較少，在中高速柴油機上應(yīng)用非常普遍。2、組合式曲軸，組合式曲軸是把曲軸分成很多便于制造的單元體，然后 將各部分組合裝配而成。按劃分單元體的不同，又可分為全組合式曲軸與半 組合式曲軸。大功率柴油機和小型二沖程發(fā)動機上常采用

15、組合式曲軸。綜上所述，此次設(shè)計采用整體式曲軸。由于此次設(shè)計的是直列四缸柴油機，故選用平面（圖 2）布置，該方案的不平 衡系數(shù)較小，易于采取平衡措施圖2曲軸曲柄布置形式3.4 曲軸的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(yīng)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(shè)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。雖然鑄造曲軸主要是球鐵曲軸

16、有很多缺點，例如彎曲疲勞強度比較低， 較容易發(fā)生斷裂，相同尺寸的球鐵曲軸與鍛造曲軸相比，剛度差。但它的優(yōu) 點也相當(dāng)明顯，例如球墨鑄鐵曲軸經(jīng)正火處理后的機械性能已接近萩超過一 股的中碳鋼，盡管鋼的疲勞強度比球墨鑄鐵高，但曲軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼曲軸 難免會有油孔、過渡圓角和材質(zhì)上留有缺陷面造成應(yīng)力集中，從面降低了曲 軸的疲勞強度。球鐵可以鑄造出復(fù)雜的曲軸形狀，使其應(yīng)力分布均勻，且球 墨鑄鐵對缺口敏感度低、變形小，使球墨鑄鐵曲軸的實際彎曲的扭轉(zhuǎn)疲勞強 度與正火中碳鋼相近。球鐵曲軸的耐磨性好，吸振能力強，有較好的自潤滑 和抗氧化性能。綜上分析，我采用球墨鑄鐵曲軸。3.5 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計

17、汽車拖拉機這一類高速內(nèi)燃機的曲軸時，它的基本尺寸大多根據(jù) 結(jié)構(gòu)布置上的要求來確定，再由強度校核修正。因為曲軸與活塞連桿組件和 機體有密切的聯(lián)系，曲軸的設(shè)計不能孤立進行。各部分尺寸多以與氣缸直徑 的相對值表示，而氣缸直徑又是限制曲柄銷直徑的重要因素。曲柄長度方向 的尺寸基本上決定于氣缸中心距 lo。1、曲柄銷的直徑d2和長度l2在考慮曲軸軸頸的粗細(xì)時，首先是確定曲柄銷的直徑d2。在現(xiàn)代發(fā)動機設(shè)計中，一般趨向于采用較大的d2值，以降低曲柄銷的比壓，提高連桿軸承 工作的可靠性，提高曲軸的剛度。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭加大， 使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力增大，對曲軸及軸承的工作帶來不利。因為隨曲 柄

18、銷直徑增大帶來的軸系自振頻率增加，會被旋轉(zhuǎn)質(zhì)量增加引起的自振頻率 下降所抵消，可能增加扭轉(zhuǎn)振動的危害。止匕外，曲柄銷直徑增大也會增加軸 承摩擦功率損失，導(dǎo)致軸承溫度升高，增加潤滑油熱負(fù)荷。為此，曲柄銷直 徑不應(yīng)取得較大。曲柄銷的長度 l2是再選定d2的基礎(chǔ)上考慮的。表1曲軸主要結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計范圍(車輛用)機型 結(jié)構(gòu)柴油機汽油機直列直列直列直列主軸徑d1/d0.700.800.750.850.750.850.850.950.650.700.600.70l1 /d0.300.360.240.300.300.350.250.30連桿軸 徑d2/d0.600.700.670.720.630.720.6

19、00.650.550.62l2/d0.320.370.230.280.310.350.450.60曲柄臂h/d0.220.280.200.250.180.250.180.22b/d1.051.31.01.30.751.20.751.2過渡圓 角r/d20.030.050.030.05平衡重p/s0.80.90.91.00.80.91.01.1根據(jù)表1,初步選取曲柄銷的直徑 d2= (0.600.70) d=6677mm,取 d2 =70mm；曲柄銷的長度 l2= (0.350.45) d=38.549.6mm,取 l2=43.2mm2、主軸頸的直徑di和長度li：從軸承負(fù)荷出發(fā)，主軸頸可以比曲

20、柄銷細(xì)些，因為主軸承最大負(fù)荷小于 連桿軸承。但是為了最大限度地增加曲軸的剛度，加粗主軸徑是有很大好處 的。因為第一，加粗主軸徑不同于加粗曲柄銷那樣有很多副作用，加粗主軸 頸能增加曲柄軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動 慣量，故可提高自振頻率，減輕扭振危害；第二，加粗主軸頸后可以相對縮 短其長度，從而給加厚曲柄臂，提高其強度提供可能。根據(jù)表1,初步選取主軸頸直徑 d1= (0.700.80) d=7788mm 取 d1=85mm主軸頸長度 l1= (0.350.50) d=38.555mm 取 l1=40mm3、曲柄臂：曲柄臂是曲軸中最薄弱的部分之一，它在曲柄平面內(nèi)的抗彎剛度

21、和強度 都較差。實踐表明：由交變彎曲應(yīng)力造成的曲柄臂斷裂是曲軸的主要損壞型 式。曲柄臂應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸?，寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強度。曲柄 形狀應(yīng)合理，以改善應(yīng)力分布?，F(xiàn)代高速內(nèi)燃機曲柄的形狀大多采用橢圓形 和圓形。試驗證明：橢圓形曲柄具有最好的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。具優(yōu)點是盡量 去掉了受力小或不受力的部分，其重量減輕，應(yīng)力分布均勻。但加工方法較 復(fù)雜，采用模鍛或鑄造的方法可以直接成型。根據(jù)表3-1,初步選取曲柄臂厚度 h= (0.210.28) d=23.330.8mm 取 h=24mm；曲柄臂寬度 b= (1.051.30) d=115.5143.5mm 取 b=120mm。4、曲軸圓角：曲

22、軸主軸頸和曲柄臂連接的圓角稱為主軸頸圓角，曲柄銷和曲柄臂連接 的圓角稱為曲柄銷圓角0由于曲柄銷圓角和主軸頸圓角是曲軸應(yīng)力最大的部位，且應(yīng)力沿圓角輪 廓分布也極不均勻，故圓角的輪廓設(shè)計十分重要。曲軸圓角半徑r應(yīng)足夠大，根據(jù)表3-1, r/d/o.ob-o.os=z.i-d.omm,圓角 半徑過小會使應(yīng)力集中嚴(yán)重。為了增大曲軸圓角半徑，且不縮短軸頸有效工 作長度，可采用沉割圓角，設(shè)計沉割圓角時應(yīng)該保證曲柄臂有足夠厚度。曲 軸圓角也可由半徑不同的二圓弧和三圓弧組成。當(dāng)各段圓弧半徑選擇適當(dāng)時 可提高曲軸疲勞強度，增加軸頸有效承載長度。本次設(shè)計遵循以上原則，選取圓角半徑r=4mm。3.6 曲軸平衡塊曲軸

23、平衡塊的作用是平衡連桿大頭，連桿軸頸和曲柄等產(chǎn)生的離心慣性力及其力矩，有時也可以平衡往復(fù)慣性力及其力矩， 以使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)， 并可以減速 小主軸承的負(fù)荷。隨著柴油機轉(zhuǎn)速的提高，多數(shù)離心慣性力和離心慣性力矩 已自行平衡的曲軸也配置平衡塊，這主要是為了減輕主軸承的最大負(fù)荷，保 證軸承有良好的潤滑條件，減小曲軸和曲軸箱所受的離心慣性力矩。但曲軸 配置平衡塊后，重量增加，制造工藝復(fù)雜，曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動自振頻率降低。 因此，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速，曲軸結(jié)構(gòu)，曲柄排列，軸承負(fù)荷以及對平衡的要求等因 素綜合考慮是否配置平衡塊。一般低速柴油機不需要配置平衡塊，高度柴油 機則需要配置平衡塊。平衡方案的選擇，平衡塊重量的計

24、算與布置，應(yīng)該仔 細(xì)考慮。平衡塊的重心應(yīng)盡量遠(yuǎn)離曲軸中心線，以提高平衡效果。但平衡塊一般 不超過曲軸旋轉(zhuǎn)所掃過的范圍。平衡塊厚度一般與曲柄臂相同。四缸以上的直列發(fā)動機，雖從整體來說，其慣性力及其力矩是平衡的， 但曲軸局部卻受彎矩作用，如圖3所示。圖中慣性力fl=f2=f3=f4, mi-2 = m3-4, 所以整體上曲軸受力和力矩是平衡的。但從局部上看，1、2缸曲軸和3、4缸曲軸分別受彎矩mi-2和m3-4的作用，兩個力矩給曲軸造成了彎曲負(fù)荷， 會造成曲軸彎曲并加重軸承的負(fù)荷。為了減輕主軸承負(fù)荷、改善其工作條件，一般都在曲柄的相反方向上設(shè)置平衡重，分別在曲柄的背面設(shè)置平衡重使其 產(chǎn)生的力矩與上

25、述慣性力矩 mi-2、m3-4相平衡（圖4）。共18頁第19頁圖4加平衡重曲軸相平衡3.7 曲軸的端部結(jié)構(gòu)曲軸兩端分別為自由端和輸出端。大多數(shù)柴油機的機油泵，水泵等輔助 裝置的驅(qū)動齒輪以及曲軸的扭轉(zhuǎn)減振器均安裝在自由端。飛輪裝于輸出端， 柴油機產(chǎn)生的功率經(jīng)輸出端輸出，但在某些工程機械或農(nóng)用柴油機上，曲軸 自由端也可輸出部分乃至全部功率。驅(qū)動配氣機構(gòu)和噴油泵的曲軸正時齒輪布置于自由端或輸出端。當(dāng)曲軸 正時齒輪布置在輸出端時，可將正時齒輪直接制造在曲軸上。曲軸輸出端一般借法蘭通過定位銷和螺栓來安裝飛輪。為提高曲軸的扭 轉(zhuǎn)剛度，最后一道主軸承至曲軸法蘭的軸段應(yīng)盡量短粗，甚至其直徑和曲軸 法蘭相同，這

26、樣也便于套裝油封。曲軸法蘭大小應(yīng)根據(jù)主軸承直徑及油封裝置來決定。飛輪緊固螺栓分布 的圓周直徑，最好使螺栓孔位于主軸頸外，并能讓開主軸頸到法蘭過度圓角曲軸三維圖如圖5所示。圖5曲軸三維圖曲軸零件圖如圖6圖6曲軸零件圖第四章飛輪的設(shè)計與計算4.1 飛輪的作用飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于 曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿 機構(gòu)越過上、下止點。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使 發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷，止匕外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的 驅(qū)動件。由于曲軸所發(fā)出的扭矩是個周期變化的量，當(dāng)它大于有效阻力矩時，曲 軸就

27、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(shè)計中， 任務(wù)給定是四缸，所以我們在曲軸上加裝了飛輪。對任何往復(fù)式內(nèi)燃機，具輸出扭矩即使在穩(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)n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(dāng)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(dāng)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

28、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(yīng)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。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(dāng) 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(dāng)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

29、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(shè)計與計算在飛輪的設(shè)計中，我們先根據(jù)經(jīng)驗定出其外徑 di、內(nèi)徑d2和厚度b,然 后在根據(jù)經(jīng)驗公式對其進行校核。圖7飛輪的各部分的尺寸示意圖尺寸的初步確定：飛輪外徑 d2= (2.53.5) s=300420 mm wd2=380mm；11 .輪緣厚度 h=() d2=3216 mm 取 h=30 mm10 202d1 = d2-2 h=320mm；取 b=30mm；飛輪的圓周速度：v=二 d1n60(4-1)3.14 0.32 220060=36.84m/s由于vm3550 m/s因此選取的d2合格。表2不同缸數(shù)i四沖程發(fā)動

30、機的扭矩不均勻系數(shù) n和盈虧功系數(shù)i七110201.11.828150.50.8345100.20.461.53.50.060.180.61.20.010.03120.20.40.0050.01由任務(wù)給定的數(shù)據(jù)，選取各種相關(guān)系數(shù)：運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)6 =上;50飛輪轉(zhuǎn)動慣量占內(nèi)燃機總轉(zhuǎn)動慣量的分?jǐn)?shù) 中=0.85;盈虧功系數(shù)=0.6;飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：(4-2)6peif =10.81063、n3= 10.8 1060.85 0.61262200350=0.5172802404 (kg .m2)由初步確定的尺寸按5-2式可計算出飛輪的重量:(4-3)2二 bd44gdm = d2 - di g8cht250 的密度，取 7.34x103 kg/m3小 3.14 0.06 7340 0.324 -0.2749.8g =2c 0.32+0.27、8mi2 j=154.3510272 (n)再由式5-3可計算出假設(shè)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：(4-4)gdm =4gif154.351027220.32 + 0.27、【2 j4 9.8=0.342663218 (kg,m2)由于if if ,所以，此飛輪合格圖8飛輪三維圖圖9飛輪零件圖曲軸飛輪的裝配圖如圖11圖10曲軸飛輪裝配圖第五章心得體會經(jīng)過一個月的忙碌和工作，本次課程設(shè)計設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個 本科生，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的