曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及曲軸的加工工藝過(guò)程

本篇再考察一道曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。同樣是給定行程速比系數(shù)來(lái)確定桿長(zhǎng)。設(shè)計(jì)一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知滑塊的行程速比系數(shù)為1.5，滑塊的行程50，導(dǎo)路的偏距20，求曲柄和連桿長(zhǎng)度，并求其最大壓力角。問(wèn)題分析首先設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，然后再求最大壓力角。機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。先計(jì)算出行程速比系數(shù)如下

那么根據(jù)題意，最后的結(jié)果應(yīng)當(dāng)如下圖?；瑝K的兩個(gè)極位之間距離是50mm，而固定鉸鏈A在與CD平行20mm的直線(xiàn)上，而且A點(diǎn)到C,D的夾角是36度。

圖解總是從已知條件開(kāi)始，然后逐步確定未知因素。本問(wèn)題中知道三個(gè)數(shù)字：50mm,20mm,36度。而這個(gè)36度時(shí)與DC的距離相關(guān)的，所以圖解時(shí)先畫(huà)出滑塊的兩個(gè)極限位置，然后確定鉸鏈A所在的水平線(xiàn)，接著就是根據(jù)36度這個(gè)條件最終確定A的位置。（1）確定滑塊的極位及固定鉸鏈A所在的直線(xiàn)先繪制水平線(xiàn)段C2C1，使得其距離為50mm.然后在其上方20mm的地方繪制一條水平直線(xiàn)I.那么鉸鏈A就應(yīng)該在這條直線(xiàn)上。（2）根據(jù)極位夾角確定鉸鏈A所在的圓下面要根據(jù)極位夾角來(lái)確定A所在的曲線(xiàn)，這樣，該曲線(xiàn)與上述曲線(xiàn)相交就可以唯一確定A點(diǎn)的位置。A點(diǎn)到C1，C2形成的夾角是36度。那么所有與C1，C2形成夾角為36度的點(diǎn)有什么特征呢？---圓周角具有這種特征。從幾何知道，在一個(gè)圓上面，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)圓弧的圓周角都相等?；谶@一點(diǎn)，過(guò)C2做直線(xiàn)垂直于C2C1，而作射線(xiàn)C1E與C2C1夾角為90-36=54度，二者交于點(diǎn)E,則C2EC1這個(gè)角度就是36度?，F(xiàn)在以C1E為直徑做一個(gè)圓，則在該圓上任意取一點(diǎn)，該點(diǎn)與C2C1連線(xiàn)的夾角就都是36度，從而A點(diǎn)必然在該圓上面。根據(jù)上述規(guī)則做出的上圖發(fā)現(xiàn)，該圓與水平線(xiàn)I并不相交。這意味著作圖有問(wèn)題。實(shí)際上，剛才作的C1E在C2C1之下，所以導(dǎo)致不相交。因此改變策略，在C2C1之上作C1E,使得它與C2C1的夾角為54度。然后以C1E為直徑作出一個(gè)圓。該圓與直線(xiàn)I有兩個(gè)交點(diǎn)：A1和A2。這樣，該問(wèn)題有兩組解。但是觀察下圖可以發(fā)現(xiàn)，取A1或者A2，實(shí)際上結(jié)果是一樣的，只是關(guān)于C2C1的中垂線(xiàn)對(duì)稱(chēng)而已。所以這里只取A1這個(gè)點(diǎn)，它就是固定鉸支座A。

（3）測(cè)量曲柄和連桿的尺寸量取A1C1，A1C2如下圖。則可以推知曲柄和連桿的長(zhǎng)度

到此為止，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢。（4）得到最大的壓力角從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滑塊在最左邊時(shí)，有最大的壓力角（滑塊受到的推力與滑塊速度方向的夾角），測(cè)量得到角度為53度。

至此，該曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析結(jié)束。曲軸的加工工藝過(guò)程曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個(gè)重要部位：主軸頸，連桿頸(還有其他)。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

曲軸的潤(rùn)滑主要是指與連桿大頭軸瓦與曲軸連桿頸的潤(rùn)滑和兩頭固定點(diǎn)的潤(rùn)滑，曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源動(dòng)力。

曲軸的工作原理

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最典型、最重要的零件之一，其功用是將活塞連桿傳遞來(lái)的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，作為動(dòng)力而輸出做功，驅(qū)動(dòng)器他工作機(jī)構(gòu)，并帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)輔助裝備工作。

曲軸加工工藝

雖然曲軸的品種較多，結(jié)構(gòu)上一些細(xì)節(jié)有所不同，但加工工藝過(guò)程大致相同。

主要工藝介紹（1）曲軸主軸頸及連桿頸外銑加工

在進(jìn)行曲軸零件加工時(shí)，由于圓盤(pán)銑刀本身結(jié)構(gòu)的影響，刀刃與工件始終是斷續(xù)接觸，有沖擊。因此，機(jī)床整個(gè)切削系統(tǒng)中控制了間隙環(huán)節(jié)，降低了加工過(guò)程中因運(yùn)動(dòng)間隙產(chǎn)生的振動(dòng)，從而提高了加工精度和刀具的的使用壽命。

（2）曲軸主軸頸及連桿頸磨削

跟蹤磨削法是以主軸頸中心線(xiàn)為回轉(zhuǎn)中心，一次裝夾依次完成曲軸連桿頸的磨削加工（也可用于主軸頸磨削），磨削連桿軸頸的實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)CNC控制砂輪的進(jìn)給和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩軸聯(lián)動(dòng)，來(lái)完成曲軸加工進(jìn)給。跟蹤磨削法采用一次裝夾、在一臺(tái)數(shù)控磨床上依次完成曲軸主軸頸和連桿頸的磨削加工，能有效地減少設(shè)備費(fèi)用，降低加工成本，提高加工精度和生產(chǎn)效率。

（3）曲軸主軸頸、連桿頸圓角滾壓機(jī)床

應(yīng)用滾壓機(jī)床是為了提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，球墨鑄鐵曲軸經(jīng)圓角滾壓后的曲軸壽命可提高120％～230％；鍛鋼曲軸經(jīng)圓角滾壓后壽命可提高70％～130％。滾壓的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來(lái)源于曲軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾壓頭中的滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而滾輪的壓力是由油缸實(shí)施的。

發(fā)動(dòng)機(jī)主要受力零件曲軸其疲勞破壞最常見(jiàn)的是金屬疲勞破壞，即彎曲疲勞破壞和扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，前者的發(fā)生概率大于后者。彎曲疲勞裂紋首先產(chǎn)生在連桿軸頸（曲柄銷(xiāo)）或主軸頸圓角處，然后向曲柄臂發(fā)展。扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋產(chǎn)生于加工不良的油孔或圓角處，然后向與軸線(xiàn)成方向發(fā)展。金屬疲勞破壞是由于隨時(shí)間周期性變化的變應(yīng)力作用的結(jié)果。曲軸破壞的統(tǒng)計(jì)分析表明，80%左右是彎曲疲勞產(chǎn)生的。

曲軸斷裂的主要原因（1）機(jī)油長(zhǎng)期使用變質(zhì)；嚴(yán)重的超載、超掛，造成發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行而出現(xiàn)燒瓦事故。由于發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦，曲軸受到嚴(yán)重磨損。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)修好后，裝車(chē)沒(méi)經(jīng)過(guò)磨合期，即超載超掛，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，使曲軸負(fù)荷超出容許的極限。

（3）在曲軸的修理中采用了堆焊，破壞了曲軸的動(dòng)力平衡，又沒(méi)有做平衡校驗(yàn)，不平衡量超標(biāo)，引起發(fā)動(dòng)機(jī)較大的振動(dòng)，導(dǎo)致曲軸的斷裂。

（4）由于路況不佳，車(chē)輛又嚴(yán)重超載超掛，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在扭振臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)行，減振器失效，也會(huì)造成曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)疲勞破壞而斷裂。曲軸的維修注意事項(xiàng)（1）在曲軸修理過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)檢查曲軸有無(wú)裂紋、彎曲、扭曲等缺陷，和主軸瓦與連桿軸瓦的磨損情況，保證主