曲轴飞轮设计

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 汽车发动机曲轴飞轮组的研究现状 1.3 本次设计的主要任务和目标 2 汽车发动机曲轴飞轮组概述 2.1 曲轴

2.2 扭转减震器 2.3 飞轮

3 汽车动机曲轴飞轮组的设计

3.1 汽车动机曲轴飞轮组总体设计方案的确定 3.2 汽车发动机曲轴零件结构设计 （1） 曲轴的概述 （2） 曲轴的设计步骤

（3） 曲轴的结构型式及其选择 （4） 曲轴材料选择及毛坯制造

3.2.2 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 （1） 主要尺寸 （2） 一些细节设计 3.2.3 曲轴强度的校核

（1） 静强度计算 （2） 连杆轴颈的计算 （3） 曲柄臂的计算 3.2.4 曲轴疲劳强度校核

（1） 主轴颈的计算 （2） 曲柄臂的计算

3.3 汽车发动机飞轮的设计 3.3.1 主要部件的设计 （1） （2） 4 结论与展望 参考文献 致谢 附件

绪论

近年来随着社会的发展，随着经济的发展，汽油机越来越被现代人所认可。其优点在于其体积小、重量轻、价格便宜；起动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小，因此，在载客汽车，特别是轿车中，汽油机得到了广泛的应用，特别是在我们国家目前生产的绝大多数轿车，都是采用汽油发动机作为自己的动力系统。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销量的很大部分，美国市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国汽车行业内外环境，包括社会认识、市场供求关系、产品和制造技术，都发生了许多新的变化。小型运货车是我国一个特色的运输车品种，其投资少、运输能力强、产出大，正好满足建设节约型社会、提高资源使用效率的需求，从整个国家来讲，具有长远的战略意义。目前我国西部地区仍然大量需要小型载货车，并且西部经济有待进一步发展的地区随着发展农民收入的增加，潜在的市场非常大，农村运输工具的不足带动了轻型和低速载货汽车的发展，而汽油机的经济性拉动了轻型汽油汽车的迅速发展，以及在农村经济发展和国家政策的调整潮流下，国内小型农用工程机械市场前景非常好，产销量迅趋火爆，发展前景广阔。

曲轴是发动机中最重要的零件之一，发动机的全部功率都是通过它输出的。而且曲轴是在不断周期性变化的力、力矩（包括扭矩和弯矩）的共同作用下工作的，极易产生疲劳破坏。曲轴形状复杂，应力 集中严重，因此设计中必须使曲轴有足够的疲劳强度，以保证正常工作。曲轴是汽油发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一定 角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又 是由主轴颈、曲柄销及曲柄臂组成。曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和汽油机发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的力，惯性力和它们的力矩作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大影响。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面质量要求相当高。

曲轴中几个主要加工表面，连杆表面，轴承轴颈及锥面键槽的精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光。所以研究曲轴加工工艺对曲轴的生产具有一定的实际意义。

1.2汽车曲轴飞轮组的研究现状

曲轴是在不断变化的气体压力、往复和旋转惯性力以及它们的力矩（转矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既受扭转又受弯曲，产生疲劳应力状态，设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲和扭转强度。曲轴各轴颈在很高的比压下以很大的相对速度在轴承中相对滑动，由于曲轴运转工况变化剧烈，有时不能保证液体润滑，使曲轴寿命大大降低。所以设计曲轴时要使其摩擦表面耐磨。目前，

美国、德国、日本等汽车工业发达国家都正致力于开发绿色环保高性能发动机，传统的曲轴材料和制造工艺已无法满足其功能要求。这些汽车工业发达国家对曲轴加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。而国内目前的曲轴材料、加工技术等方面十分落后，但随着中国加入WTO，国内一些曲轴生产厂家已经意识到形式的紧迫性，为了提高产品竞争力，引进了许多先进的设备和技术，使国内的曲轴生产水平有了很大的提高，但总体上仍落后于日本和西方发达国家。

飞轮的作用是调节曲轴转速变化，稳定转速。飞轮的关键尺寸是外径，对于灰铸铁飞轮，圆周圆周速度不要超过35-50m/s，否则容易造成由于离心力过大，材料的抗拉不足而使飞轮损坏及材料碎裂飞出的事故。本次设计的汽油机飞轮采用灰铸铁材料。

1.3本次设计的主要任务和目标

主要任务和目标 此次我设计的是曲轴飞轮组。曲轴是内燃机最主要的部件之 一。它的尺寸参数在很大程度上决定并影响着内燃机的整体尺寸和重量，内燃机的可靠性和寿命也在很大程度上取决于曲轴的强度。因此，设计内燃机时必须对曲轴强度进行严格的安全校核。近年来发动机动力性和可靠性要求不断提高，曲轴的工作条件越来越不好，曲轴的强度问题也越来越复杂。此外，曲轴的平衡也是曲轴设计时的一个重要问题，既要满足平衡又要减少平衡重质量。 现总结如下：

1.通过此次对汽车曲轴的设计，了解熟悉发动机工作的原理， 熟悉曲轴是怎样工作的。 2.确定对曲轴研究的的方案。

3.对汽车曲轴飞轮进行整体式、各零件的设计。

4进行三维建模画图练习，对曲轴飞轮三维建模画图设计 。 5.撰写说明书，做好总结。

2 汽车发动机曲轴飞轮组概述

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减震器、皮带轮、正时齿轮（或链条）等组成。如右图所示是曲轴飞轮组的总体结构。

曲轴飞轮组的功用

曲轴是在不断变化的气体压力、往复和旋转惯性力以及它们的力矩（转矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既受扭转又受弯曲，产生疲劳应力状态，曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和汽油机发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的力，惯性力和它们的力矩作用，飞轮主要有以下作用：1、储存动能，使曲轴转速均匀；2、驱动辅助装置；3、正式调整角度用。飞轮的设计原则是在保证质量尽可能小的前提下具有足够的转动惯量，因而轮缘常做的宽厚

2.1 曲轴

2.1.1 曲轴的构造 曲轴由若干个单元曲拐组成。一个曲柄销（连杆轴颈）、左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐 ·装正时齿轮的一端称为自由端（前端），另一端用来装飞轮，称为输出端（后端）。

2.1.2 曲轴的分类 曲轴分为整体式和组合式两大类。

整体式曲轴的结构是整体的，它的毛坯由整根材料锻造或用铸造方法浇注而成。整体式曲轴具有工作可靠、质量小的特点，而且刚度和强度较高，加工表面也比较少，是中小型发动机和曲轴广为应用的结构形式。只要工厂有条件制造，设计上总是尽量采用整体结构。但是，当曲轴尺寸较大，曲拐数较多时，这种曲轴的加工比较困难，需要用大的专用设备，而且容易因某一部分加工不合格或使用中损坏，而导致整根曲轴报废。整体式曲轴一般与滑动轴承配合。但是，单缸发动机的整体式曲轴却往往与滚动轴承配合，借以提高机械效率和降低对轴承的润华要求。

组合式曲轴是指先把曲轴分成很多便于制造的单元体，然后将各部分组合装配而成。按划分单元体的不同，又可分为全组合式曲轴和半组合式曲轴。大功率柴油机和小型发动机上常采用这种组合式结构的曲轴。因为大功率汽油机的曲轴粗而长，采用整体式结构则加工困难，有的甚至无法加工。这时只得采用组合式结构。小型单缸发动机因结构和润滑系统的简化，连杆轴承一般采用滚针（柱）轴承，这时把连杆大头做成整体式，其曲拐必须采用可分开的组合结构才能进行装配。在中型高速内燃机上，这种组合式曲轴用的不多。

2.1.3 曲轴的功用 曲轴是承受连杆传来的力，并将其转变为扭矩，然后通过飞轮输出，另外，还用来驱动发动机的配气机构及其他辅助装置（如发电机、风扇、水泵、转向油泵等）。在发电机工作中，曲轴承受周期性变化的气体压力、旋转质量的离心力和往复惯性力以及他们的力矩的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，产生疲劳应力状态。为了保证工作可靠，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要求耐磨而且润滑良好，还必须有很高的动平衡要求。

曲轴组成

曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成 2.曲轴的支撑方式

主轴颈是曲轴的支撑部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承支座中。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。 优点 提高曲轴的刚度和弯曲强度 ，缩短了曲轴的强度，使发动机总体 使发动机总体减轻主轴承的载荷。 长度，有所减小。 全支承曲轴 非全支撑曲轴 缺点 应用 3.曲柄

曲轴的加工表面增多，主轴 主轴承载荷较大 承数增多，使机体加长。 柴油机一般多采用此种支 承受载荷较小的汽油机可采用此种撑方式。 支撑方式。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力曲柄处铸有（或紧固有）平衡重块。

4.曲拐的布置

1）各缸的做功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。

2）连续做功的两缸要尽量远些，最好是在发动机前半部和后半部交替进行。 3）避免进气重叠。

4）V型发动机左右气缸尽量交替做功。

5）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。

2.2 曲轴扭转减震器 在发动机工作过程中，连杆作用在曲轴上的力呈周期性变化。这样就会使质量较小的曲拐相对于质量较大的飞轮有扭转摆动（曲拐转速较飞轮转速忽快忽慢），这就是曲轴的扭转振动。当这种扭转振动的自振频率与连杆传来的呈周期性变化的激振频率成整数倍关系式时，曲轴便会产生共振。这种现象既损失发动机的功率，也会破坏曲轴和装在上面的驱动齿轮、链轮、链条等附件，严重时甚至将曲轴扭断。为消除这种现象，曲轴前端装有扭转减振器。

（1）曲轴扭转减震器的功用 ·

概念：当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动 ·

危害：当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成倍数时，就会发生共振。共振时扭转振幅加大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂 ·

功用：为了消减曲轴的扭转振动，现代发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减震器

曲轴扭转减震器有硅油扭转减震器和胶扭转减震器两种。

硅油扭转减震器 由钢板冲压而成的减震器壳体与曲轴连接。侧盖与减震器壳体组成密封腔，其中滑套着扭转振动惯性质量。惯性质量与密封腔之间留有一定的间隙，里面充满高粘度硅油 ·当发动机动作时，减震器壳体与曲轴一起旋转、一起振动，惯性质量则被硅油的粘性摩擦阻尼和衬套的摩擦力所带动。由于惯性质量相当大，因此它近似作匀转动，于是在惯性质量与减震器壳体间产生相对运动。曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收，使扭振消除或减轻。

橡胶扭转减震器 震器壳体与曲轴连接，减震器壳体与扭转振动惯性质量粘结在硫化橡胶层上。发动机工作时，减震器壳体与曲轴一起振动，由于惯性质量之后于减震器壳体，因而在两者之间产生相对运动，使橡胶层来回揉搓，振动能量被橡胶的内摩擦阻尼吸收，从而使曲轴的扭振得以消减。

2.3 飞轮 飞轮是一个很大的圆盘，其主要功用是将在做功过程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他过程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上，下止点。保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，此外，飞轮又往往用作摩擦式离合器的驱动件。

飞轮功用：能量存储器，保证发动机运转平。摩擦式离合器的主动件。轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈 ·刻有上止点记号，用于调整点火正时、喷油正时或配气正时。

3 汽车动机曲轴飞轮组的设计

3.1 汽车动机曲轴飞轮组总体设计方案的确定

汽油机设计是一项复杂的工作，它的许多零件是在经受高温，高应力和剧烈摩擦的苛刻条件下工作的。因此，我们在设计的时候，首先要根据实际需要来确定设计的目的和要求。

（1）功率和转速 作为动力机械，使用者对汽油机第一位的要求是应该能够在规定转速下发出所要求功率。转速和功率的具体数据是根据用途来确定的，它在设计中一般会给出，要求设计者能够按要求设计产品。

（2）汽油机的经济性 汽油机的经济性包括：汽油机的使用价值应该尽量大，而为使用汽油机所必须付出的代价应尽量小。 （3）高的工作可靠性和足够的使用寿命。

（4）汽油机外廓尺寸的紧凑和质量 在许多动力装置中，为了能有更多的有用空间，希望汽油机本身占用的空间缩至最小，即要求汽油机的设计紧凑，空间占用小，汽油机的质量减小，质量小是我们追求的目标。质量小在某种程度上表明所耗用的金属质量少。

（5）汽油机设计的三化问题 所谓三化，指产品系列化，零部件的通用化和设计的标准化。

（6）汽油机的可靠性及其他 工作可靠是汽油机应该具有的起码性能，否则其他性能将无从谈起。

3.1.1 汽油机的主要参数 参数要求

本次设计的汽油发动机参数如下： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3.2 汽车发动机曲轴零件结构设计 （1）概述

曲轴是发动机的主要运动件，其性能直接影响着发动机的可靠性和寿命。随着发动机强化指标的不断提高，曲轴的工作条件更加苛刻。由于周期性变化的气体压力，往复和旋转运动引起的惯性力以及它们的弯扭拒共同作用，使得曲轴在工作过程中既弯曲又扭转，还要承受一定的冲击载荷，轴颈表面受到磨损，曲轴的主要失效形式是疲劳断裂和轴颈表面的严重磨损，统计分析表明，破坏的曲轴中有80%左右是由弯曲疲劳产生的。

因此，在设计曲轴时，必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构形式、材料与工艺，使其具有较高的疲劳强度，刚度及良好的动态特性。曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩（扭矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。实践与理论表明，对于各种曲轴，弯曲载荷具有决定性意义，而扭转载荷仅占次要地位（不包括因扭转振动产生的扭转疲劳破坏）。曲轴破坏的统计分析表明，80%左右是由弯曲疲劳产生的。因此，曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。

曲轴形状复杂、应力集中现象相当严重，特别在曲柄至轴颈的过渡圆角区、 单位 数值

kw r/min Nm r/min r/min m m 74 5200 155 3800 81 9.5 4 汽油

工作过程计算参数 设计指标 有效功率 标定转速 最大扭矩 设计最大扭矩转速 最低稳定转速 缸径 冲程 压缩比 缸数 燃料 润滑油孔附近以及加工粗糙的部位应力集中现象尤为突出。曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能保证液体润滑，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际寿命大大降低。曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。如果曲轴弯曲刚度不够，就会大大恶化活塞、连杆、轴承等重要零件的工作条件，影响它们的工作可靠性和耐磨性，甚至使曲轴箱局部损坏。曲轴扭转刚度不足则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动；轻则引起噪音，加速曲轴上齿轮等传动件的磨损；重则使曲轴断裂。

综上所述，曲轴设计时应符合以下要求：

1．有足够的疲劳强度，以保证曲轴工作可靠。设计时应尽量减少应力集中，加强薄弱环节；

2．有足够的刚度，使曲轴变形不致过大；

3．颈具有良好的耐磨性。应根据轴颈比压，选取适当的轴承材料、轴颈硬度和加工精度，以保证曲轴和轴承有足够的寿命；

4．柄排列合理，以保证柴油机工作均匀；曲轴平衡性好，以减小振动和主轴承最大负荷；

5．料选择适当，以充分发挥材料强度潜力。

所有这些要求，在高速内燃机的条件下，都应该在轻的结构重量下实现。同时，随着内燃机的不断发展，各项指标的强化，曲轴的结构也应留有发展的余地。

不难看出，上述强度、刚度、耐磨、轻巧的要求之间是存在矛盾的。例如，为了提高曲轴的刚度而增大主轴颈和曲柄销直径，对轴承工作而言，可以降低轴承比压，但高转速下轴承圆周速度变大，从而引起摩擦功率损失增加，轴承温度升高，降低了轴承工作的可靠性。此外，曲柄销的增大，使得连杆大头以更大的比例加大加重，，轴承的离心负荷加大。这时，可能引起采用斜切口连杆的必要，而这种连杆刚性差，而且制造成本较高。曲柄销加大带来的曲轴连杆系统旋转质量的加大，可能使刚度对扭转带来的好处得而复失。正是这些内在的矛盾推动着曲轴的发展，而在曲轴强度矛盾的总体中，应力集中处的最大应力与该力作用点的材料抗力是它的主要矛盾。影响这个主要矛盾的主要因素有：曲轴的结构、材料和加工工艺等三方面，这三种因素各自有独立的作用，相互又有影响，必须辨证地进行分析，在设计曲轴时，不应只注重结构尺寸的设计一个方面。

由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊，在设计曲轴时，至今还没有一个能完全反映实际的理论公式可供通用。因此，目前曲轴的设计主要是依靠经验设计，即利用许多现有的曲轴结构与尺寸的统计资料。借以初步确定曲轴的基本尺寸，然后进行结构细节的设计、强度复核、曲轴样品试验，最后确定曲轴的

结构、尺寸与加工工艺等。 （2）曲轴的设计步骤

曲轴设计在汽油机总体设计阶段就开始进行。设计步骤大致如下： 1．根据汽油机的用途，强化程度，生产批量，缸心距以及活塞行程等参数，选择适当的曲轴材料，结构形式，毛坯制造方法及必要的强化工艺。

2．依据汽油机相似原则以及设计者的经验，初步选定曲柄销，主轴颈和曲柄臂的尺寸。

3．根据汽油机冲程数，气缸数目和排列方式，发火顺序，从保证扭矩均匀，平衡性良好，主轴承负荷不要过大等原则出发确定曲柄排列。

曲轴计算：初步选定曲轴尺寸后，需对曲轴进行平衡性计算和曲轴疲劳强度计算，以验证所设计曲轴是否满足前述各项设计要求。

根据上述计算结果，决定是否需要修改设计。上述方法需反复进行，并最终确定曲轴的尺寸，平衡块的大小和布置方式，润滑油道的布置，完成曲轴两端的设计，绘制出曲轴零件图。 （3）曲轴的结构型式及其选择

一、按支承方式曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴。全支承曲轴是每两个（V型发动机为两排）气缸间均设有主轴承的曲轴；而非全支承曲轴是每隔两个（V型发动机为两排）气缸设有一个主轴承的曲轴。由于柴油机的爆发压力较高，因而一般都采用全支承曲轴；仅有个别小缸径柴油机为缩短缸心距，减少主轴承数，采用非全支承曲轴。

按结构型式曲轴分为整体曲轴和组合曲轴。 1、整体式曲轴

整体式曲轴的毛坯是由整根钢料锻造或用铸造方法浇铸出来的。整体式曲轴结构简单，重量轻，工作可靠，而且刚度和强度较高，加工面也比较少，在中高速柴油机上应用非常普遍。

2、组合式曲轴

组合式曲轴是把曲轴分成很多便于制造的单元体，然后将各部分组合装配而成。按划分单元体的不同，又可分为全组合式曲轴与半组合式曲轴。大功率柴油机和小型二冲程发动机上常采用组合式曲轴。

（1）、圆盘式组合曲轴

这种曲轴的每个曲柄单独制造，然后用螺钉联成一根完整的曲轴。圆盘式组合曲轴各曲柄相同，这使得系列产品的曲轴制造十分方便。在使用中若发现某

曲轴损坏，可单独更换损坏的曲柄，而不需要报废整个曲轴。此外，由于这种曲轴各曲柄单独制造，因而不需要大型设备，机械加工简单。这种曲轴由于结构复杂，加工精度高，因而仅少数机型采用。

（2）、套合式曲轴（全套合或半套合）

它的曲柄销，主轴颈，曲柄臂均分开制造，然后用“红套”或液压压入等方法连接起来。轴和孔的配合的过盈量是轴颈的1.4‰-1.8‰。为了减小应力集中，轴颈与曲柄臂相配合部分的直径加大到轴颈直径的1.05～1.1倍。目前，套合式曲轴主要应用于曲柄半径大于400～500mm的大型低速柴油机，其中半套合式曲轴应用较多。

（3）、分段式曲轴

大型曲轴由于受到加工设备的限制，往往将曲轴分段制造，然后用凸缘连接起来，这种曲轴称为分段式曲轴。

图3-1

综上所述，此次设计采用整体式曲轴。

由于此次设计的是直列两缸柴油机，故选用平面（图3-1）布置，曲柄互成空间180°夹角，静平衡但动不平衡，该方案的不平衡系数较小，易于采取平衡措施，而且此次设计的汽油机，采用该布置第二阶往复惯性力较小，可以不考虑。 （4）曲轴材料选择及毛坯制造

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。

虽然铸造曲轴主要是球铁曲轴有很多缺点，例如弯曲疲劳强度比较低，较容易发生断裂，相同尺寸的球铁曲轴与锻造曲轴相比，刚度差。但它的优点也相当明显，例如球墨铸铁曲轴经正火处理后的机械性能已接近蔌超过一般的中碳钢，尽管钢的疲劳强度比球墨铸铁高，但曲轴的结构复杂，钢曲轴难免会有油孔、过渡圆角和材质上留有缺陷面造成应力集中，从面降低了曲轴的疲劳强度。球铁可以铸造出复杂的曲轴形状，使其应力分布均匀，且球墨铸铁对缺口敏感度低、变形小，使球墨铸铁曲轴的实际弯曲的扭转疲劳强度与正火中碳钢相近。球铁曲轴的耐磨性好，吸振能力强，有较好的自润滑和抗氧化性能。

综上分析，我采用球墨铸铁曲轴。

3.3.1曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 （1）主要尺寸

综合以上考虑，确定主要尺寸如下： 主轴颈直径D1=（0.55-0.65)D=50mm 主轴颈长度L1=29mm

曲柄销直径D2=(0.55-0.65)D=46mm 曲柄销长度L2=(0.35-0.45)D2=29mm 曲柄臂厚度h=(0.2-0.25)D=17mm 曲柄臂宽度b=(0.8-1.2)D=100mm

根据主轴颈长度和曲柄销长度以及曲柄臂的厚度， 确定缸心距为L=2h+L1+L2=92mm （2）一些细节设计

1 油道布置 轴承的工作能力在很大程度上取决于润滑条件。曲轴主轴颈和曲柄销一般采用压力润滑。曲轴上油道与油孔的设计，对于曲轴轴承的润滑及曲轴强度都有重要的影响，因此必须十分慎重地选择油道的方案和确定油孔的位置。润滑油通常先进入主轴承再进入连杆轴承。将机油输送到曲轴轴承中去的供油方法有两种：

1、分路供油 多数柴油机采用这种供油方法。润滑油由主油道直接送到各主轴承。

2、集中供油 主轴承采用滚动轴承时需采用集中供油。集中供油多采用所谓假轴承结构。假轴承上也浇有一层轴承合金。润滑油从假轴承通过轴颈上的油孔进入曲轴内腔。

确定主轴颈和曲柄销上油孔定位时，既要考虑到润滑和轴瓦的冷却，又要对轴颈强度削弱最小。从保证润滑考虑，希望主轴颈油孔开在最大轴颈压力作用线方向。曲柄销油孔开在

压力最小的地方，以保证连杆轴承供油充足。曲柄销最小负荷通常位于曲柄销平面以曲柄销轴心为中心向着曲轴旋转方向导前角的地方，角可由轴心轨迹图求出。从强度观点考虑，油孔不应位于曲柄平面内而应在曲柄垂直平面内。因为在曲柄垂直平面内，曲柄销表面弯曲应力和扭转切应力都比较小。因此应兼顾上述两项要求来确定油孔的位置，同时还应考虑曲轴结构和钻孔的工艺性。

为了减小应力集中，油孔出口应到角，抛光。 3.油孔直径：d=(0.07-0.10)D=5.67-8mm 取d=6 mm。 图3-1所示为本次润滑油道的布置方案。 2 曲轴平衡块

曲轴平衡块的作用是用来平衡曲轴不平衡的旋转惯性力和旋转惯性力矩，有时也可以平衡往复惯性力及其力矩，并可以减速小主轴承的负荷。随着柴油机转速的提高，多数离心惯性力和离心惯性力矩已自行平衡的曲轴也配置平衡块，这主要是为了减轻主轴承的最大负荷，保证轴承有良好的润滑条件，减小曲轴和

3-1 曲轴箱所受的离心惯性力矩。但曲轴配置平衡块后，重量增加，制造工艺复杂，曲轴系统扭转振动自振频率降低。因此，应根据转速，曲轴结构，曲柄排列，轴承负荷以及对平衡的要求等因素综合考虑是否配置平衡块。汽油机一般需要配置平衡块。平衡方案的选择，平衡块重量的计算与布置，应该仔细考虑。

平衡块的重心应尽量远离曲轴中心线，以提高平衡效果。但平衡块一般不超过曲轴旋转所扫过的范围。平衡块厚度一般与曲柄臂相同。 3 曲轴的轴向定位

图3-34

为防止曲轴的轴向定位，保证工作正常，曲轴需设有轴向定位。大多数汽油机把止推轴承设在输出端，这样当曲轴受热伸长时离合器的间隙可保持不变。但装在曲轴自由端的正时齿轮会产生一些位移。在一些柴油机中由于中央主轴承的负荷大而增加其长度，并用它作止推轴承。

当轴向力不是很大，又不是经常作用时，止推轴承多采用翻边轴瓦，或采用止推片。翻边轴瓦的制造比较困难，所以一般内燃机中多用止推片的结构。在轴向经常作用或数值较大的情况下，多采用止推滚动轴承。 本次设计采用止推片的止推方式，并且安装在中央主轴承上。 4 曲轴端部结构

曲轴两端分别为自由端和输出端。大多数柴油机的机油泵，水泵等辅助装置的驱动齿轮以及曲轴的扭转减振器均安装在自由端。飞轮装于输出端，柴油机产生的功率经输出端输出，但在某些工程机械或农用柴油机上，曲轴自由端也可输出部分乃至全部功率。

驱动配气机构和喷油泵的曲轴正时齿轮布置于自由端或输出端。当曲轴正时齿轮布置在输出端时，可将正时齿轮直接制造在曲轴上。

曲轴输出端一般借法兰通过定位销和螺栓来安装飞轮。为提高曲轴的扭转刚度，最后一道主轴承至曲轴法兰的轴段应尽量短粗，甚至其直径和曲轴法兰相同，这样也便于套装油封。

曲轴法兰大小应根据主轴承直径及油封装置来决定。飞轮紧固螺栓分布的圆周直径，最好使螺栓孔位于主轴颈外，并能让开主轴颈到法兰过度圆角。

3.2.3 曲轴强度的校核