内燃机曲轴结构设计的方法.pdf

农 　 机 　 使 　 用 　 与 　 维 　 修 　 2008 年第 3 期 14 内燃机曲轴结构设计的方法 河南职业技术学院　邵立新 安 阳 工 学 院　段立霞 摘 　要 　本文通过对内燃机曲轴疲劳破坏形式及其主要原因的分析 ,得出弯曲和扭转疲劳断裂是内燃机曲轴的主 要破坏形式 。内燃机曲轴部分的结构形状和主要尺寸 ,对内燃机曲轴的抗弯疲劳强度和扭转刚度有主要影响 , 因 而强调在内燃机曲轴设计时 ,必须对内燃机曲轴的结构强度问题予以充分重视 。 关键词 　内燃机曲轴 　结构 　设计 　方法 0 前言 实践证明 ,弯曲和扭转疲劳断裂是内燃机曲轴的主 内燃机是一种往复式动力机械 , 内燃机曲轴是 要破坏形式 。内燃机曲轴部分的结构形状和主要尺 一种常见的把柴油燃烧产生的热能转换成机械能的 寸 ,对内燃机曲轴的抗弯疲劳强度和扭转刚度有主 传动部件 。内燃机曲轴的横断面沿着轴线方向急剧 要影响 ,因而在内燃机曲轴设计时 ,必须对内燃机曲 变化 ,因而应力分布极不均匀 , 很难准确计算出应 轴的结构强度问题予以充分重视 。 ( 力 ,给出强度判据 。尤其在曲柄臂和轴颈的过渡圆 1 内燃机 曲轴疲劳破坏形式及其主要原因 见下 角部分 、油孔附近会产生严重的应力集中。在循环 表) 应力作用下 ,其应力集中区便可能产生疲劳破坏 。 破 坏 形 式 特 　　征 主 　要 　原 　因 　　裂纹最初常发生在主 　　1. 由于曲柄过渡圆角太小 , 曲柄臂太薄 ,过渡圆角加工不完善所致 。 轴颈或连杆轴颈与曲柄臂 2 . 曲轴箱或支撑刚度太小 ,引起附加弯矩过大 。 过渡圆角处应力集中严重 3 . 由于曲轴箱刚度不够 ,主轴颈变形太大 , 引起不均匀磨损 ,造成不 点 , 随后逐渐发展成横断 同心度 ,致使附加弯矩过大 。这时断裂常发生在运行较长时间之后 。 曲柄臂的疲劳裂纹 　　裂纹起源于过渡 圆 　　1. 由于不对称交变扭矩引起最大应力 ,致使疲劳破坏 。 角或油孔 ,且只有一个方 2 . 圆角加工不好 ,及热加工工艺不完善 ,造成材料组织不均匀 。 向裂 纹 , 裂 纹 与 轴 线 呈 3 . 油孔孔口圆角加工不完善 。 45° 4 . 连杆轴颈太细 。 　　1. 由于过大的扭转振动 ,引起附加应力 。 　　裂纹起源于油孔 ,沿 2 . 油孔边缘加工不完善 ,或孔 口过渡圆角太小 , 引起过大的应力集 与轴线呈 45°方向发展 中。 　　裂纹沿过渡 圆角周 向同时发生 , 断 口呈径向 　　由于圆角太尖锐 ,引起过大的应力集中。 锯齿形 2 . 内燃机曲轴