增壓柴油機(jī)曲軸設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)解析

周凱波　何逃逃

【摘要】本文首先就當(dāng)今柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹;而后在傳統(tǒng)柴油機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了增壓改型設(shè)計(jì)。在概念設(shè)計(jì)部分，本設(shè)計(jì)曲軸部分進(jìn)行了選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從節(jié)約石油資源和減小大氣中二氧化碳的觀點(diǎn)看，柴油機(jī)將是汽車合適的動(dòng)力裝置，而且柴油機(jī)的有害氣體排放可以達(dá)到與采用三元催化裝置后的汽油機(jī)一樣低。

【關(guān)鍵詞】柴油機(jī) 概念設(shè)計(jì) 增壓 曲軸

一、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

柴油機(jī)工作原理是德國(guó)人狄賽爾在1882年（Rudolf Diesel）提出的，而第一臺(tái)四沖程柴油機(jī)則是在1896年制成的。柴油機(jī)技術(shù)在一百多年來(lái)得到了全面的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域起來(lái)越廣泛。據(jù)專家預(yù)測(cè)，在今后20年，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)柴油機(jī)成為世界車用動(dòng)力的主流的發(fā)展趨勢(shì)不會(huì)改變。世界汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家政府對(duì)柴油機(jī)發(fā)展也給予了高度重視，也同樣采取了各個(gè)方面的措施來(lái)促進(jìn)柴油機(jī)的普及與發(fā)展。

二、曲軸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

曲軸軸系對(duì)于內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)是最重要的系統(tǒng)之一，曲軸的強(qiáng)度、軸承的工作情況、減震器的減震性能直接關(guān)系到真?zhèn)€發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)可靠性。現(xiàn)如今，曲軸的制造技術(shù)有一下幾種：

1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術(shù)

（1） 熔煉（2） 造型

2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù)

3、機(jī)械加工技術(shù)

4、熱處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù)

而對(duì)于曲軸未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)也是不可限量，以上的幾種技術(shù)在以后也會(huì)得到很大的改進(jìn)：

1、鑄造技術(shù)

（1）熔煉

（2）造型

2、鍛造技術(shù)

3、機(jī)械加工技術(shù)

4、熱處理技術(shù)和表面強(qiáng)化技術(shù)

（1）曲軸中頻感應(yīng)淬火

（2）曲軸軟氮化

（3）曲軸表面強(qiáng)化技術(shù)

三、曲軸設(shè)計(jì)

1、曲軸的結(jié)構(gòu)形式及其選擇

曲軸的結(jié)構(gòu)型式的選擇上要具有工作可靠、質(zhì)量輕、剛度和強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)選擇整體式的總體結(jié)構(gòu)。針對(duì)需要高強(qiáng)度和剛度的特點(diǎn)，采用全支承結(jié)構(gòu)的曲軸，如圖一所示

2、 曲柄的基本尺寸

（1）主軸頸和曲柄銷

由圖二選定曲柄的基本尺寸。

2.表中較小值用于非增壓和中低增壓柴油機(jī)，較大值用于高增壓柴油機(jī)。

（2）、曲柄臂

因?yàn)榍鄣目箯潉偠群蛷?qiáng)度都較差，所以應(yīng)選擇適當(dāng)厚度的曲柄臂。中高速柴油機(jī)整體曲軸的曲柄臂厚度h=（0.2-0.3）D;寬度b=（0.9-1.3）D。

根據(jù)以上所述，選擇曲柄的寬度b=1.14D=1.14*105=120mm;曲柄的厚度h=0.26D=0.26*105=28mm

（3）、曲軸圓角

曲軸圓角的好壞能夠影響曲軸彎曲強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度，增加圓角是提高曲軸疲勞強(qiáng)度的方法之一。一般圓角半徑的選擇R不應(yīng)小于2mm，否則不利于工件的加工。在這里取圓角半徑R=4.5mm。

3、 潤(rùn)滑油通道

為保證曲軸軸承的工作可靠，必須要有良好而且充分的潤(rùn)滑，而要有充分的潤(rùn)滑，一個(gè)好的潤(rùn)滑油通道就是必須的。

潤(rùn)滑油一般是從機(jī)體的主油道通過(guò)主軸承的上軸瓦引入，因?yàn)樯陷S瓦僅承受慣性力的作用，比下軸瓦受力要低，所以從主軸頸向曲柄銷供油一般采用斜油道。

如果曲柄銷是空心的，斜油道又不能偏過(guò)空心的話，則可用一小油管來(lái)代替油孔。但是，軸頸上的油孔究竟布置在什么部位合適，應(yīng)由曲軸的強(qiáng)度、軸承負(fù)荷軸心軌跡以及加工工藝等方面綜合考慮決定。主軸頸上的油孔入口應(yīng)保證向曲柄銷供油足夠充分，曲柄銷上的油孔出口應(yīng)設(shè)在負(fù)荷較低區(qū)，用以提高曲柄銷的供油能力。從曲軸強(qiáng)度觀點(diǎn)來(lái)看，曲柄銷上扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分布呈橢圓形，它的長(zhǎng)軸正是通過(guò)曲柄銷中心的縱向軸線，而與這軸線垂直的截面內(nèi)切應(yīng)力最小。因此，曲柄銷油孔多數(shù)選擇在曲拐平面運(yùn)轉(zhuǎn)前方的范圍內(nèi)。

由于油孔穿過(guò)曲柄兩側(cè)構(gòu)成應(yīng)力集中的圓角處截面，成為第三個(gè)應(yīng)力集中缺口。試驗(yàn)表明，若油孔偏向主軸頸圓角側(cè)，則主軸頸圓角發(fā)生裂紋的時(shí)間提前，甚至導(dǎo)致破壞，因此，油孔軸線位置必須適中，不得偏向任何一方。

根據(jù)以上所述，選擇主軸頸油孔為直通孔，其位置大概在離主軸頸中心軸偏下20mm處，而連接主軸頸和曲柄銷的油道則采用斜油道的方法.

參考文獻(xiàn)：

[1]《高速柴油機(jī)概念設(shè)計(jì)與實(shí)踐》許道延 丁賢華主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2004年第一版

[2]《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)》徐兀編著 人民交通出版社 1995年第一版