曲軸設計-畢業(yè)設計開題報告.doc
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中 北 大 學 畢業(yè)設計開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 學 院、系： 專 業(yè)： 設 計 題 目： 492QA發(fā)動機曲軸的結構 設計及強度分析 指導教師: 教授 2012 年 03月 01日 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1.1發(fā)動機的發(fā)展簡歷 蒸汽發(fā)動機 1765年英國人詹姆斯-瓦特制成了世界上第一臺實用的蒸氣發(fā)動機(外燃機)，較好地解決了從熱能到機械能的轉換。該蒸氣發(fā)動機具有效率高、重量輕等優(yōu)點，并于l 769年制造成了世界上第一輛蒸氣機汽車。 煤氣發(fā)動機 1858年定居法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機（單缸、二沖程、無壓縮和電點火的煤氣機這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等，已經(jīng)初步具備了現(xiàn)代發(fā)動機的基本雛形，是內(nèi)燃機的初級產(chǎn)品，為現(xiàn)代汽車發(fā)動機的出現(xiàn)打下了結構設計方面的基礎。 四沖程理論 法國工程師德羅沙1862年提出了著名的等容燃燒四沖程循環(huán)：進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。 1876年，德國人奧托制成了第一臺四沖程往復活塞式內(nèi)燃機（單缸、臥式、以煤氣為燃料、功率大約為2.21KW、180r/min）。在這部發(fā)動機上，奧托增加了飛輪，使運轉平穩(wěn)，把進氣道加長，又改進了氣缸蓋，使混合氣充分形成。這是一部非常成功的發(fā)動機，奧托把三個關鍵的技術思想：內(nèi)燃、壓縮燃氣、四沖程融為一體，使這種內(nèi)燃機具有效率高、體積小、質量輕和功率大等一系列優(yōu)點。在1878年巴黎萬國博覽會上,被譽為“瓦特以來動力機方面最大的成就”。等容燃燒四沖程循環(huán)由奧托實現(xiàn),也被稱為奧托循環(huán)。 汽油發(fā)動機 1886年1月29日，德國人奧姆勒和卡爾.本茨在里諾臥式氣壓煤氣發(fā)動機以及四沖程理論的基礎上制造出了第一臺汽油發(fā)動機，使汽車正式進入汽油動力時代，1886年卡爾本茨制造出世界上第一輛以汽油為動力的三輪汽車。該車已具備了現(xiàn)代汽車的一些基本特點,如電點火、水冷循環(huán)、鋼管車架、鋼板彈簧懸掛、后輪驅動、前輪轉 向和掣動手把等。其齒輪齒條轉向器是現(xiàn)代汽車轉向器的鼻祖。 柴油發(fā)動機 柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪虻胰麪栍?892年發(fā)明的，柴油發(fā)動機的工作過程其實跟汽油發(fā)動機一樣的，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。 轉子發(fā)動機 現(xiàn)代汽車的進一步豐富。1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉子活塞發(fā)動機，這是汽油發(fā)動機發(fā)展的一個重要分支。轉子發(fā)動機的特點是利用內(nèi)轉子圓外旋輪線和外轉子圓內(nèi)旋輪線相結合的機構，無曲軸連桿和配氣機構，可將三角活塞運動直接轉換為旋轉運動。它的零件數(shù)比往復活塞式汽油少40%，質量輕、體積小、轉速高、功率大。轉子發(fā)動機直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往復式發(fā)動機相比，轉子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。[1][2] 汽車曲柄連桿機構是屬于汽車發(fā)動機部分的一大機構。主要由：曲軸，連桿，活塞組成的，作用就是把燃油燃燒的膨脹能量轉化為機械能。工作原理就是：燃料燃燒后的能量推動活塞上下運動，再由連桿帶動曲軸作圓周運動。曲柄連桿機構是往復式內(nèi)燃機中的動力傳遞系統(tǒng)。曲柄連桿機構是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動部分。[3] 曲軸為引擎的主要旋轉機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復)運動變成循環(huán)(旋轉)運動。是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸，。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，是一個典型的曲柄滑塊機構。曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑． 曲軸的旋轉是發(fā)動機的動力源。也是整個機械系統(tǒng)的源動力。曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機的質量和壽命。曲柄連桿機構是發(fā)動機的主要運動機構。其功用是將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，同時將作用于活塞上的力轉變?yōu)榍S對外輸出的轉矩，與驅動汽車車輪轉動。曲柄連桿機構由活塞組，連桿組和曲軸飛輪組的零件組成。[1] [4] 1.1 曲柄連桿機構運動學分析概述 曲柄連桿機構的作用就是把活塞的上下直線運動改變成曲軸的圓周運動 活塞組、連桿小頭：上下往復運動；連桿大頭、桿身、連桿蓋：主要做左右擺動，同時伴有上下往復運動；曲軸、飛輪：主要做旋轉運動。以上各零部件均是做變速運動、周期性的。 活塞在上、下止點位置時速度為零，加速度最大?；钊谛谐讨械乃俣仁亲兓模瑥纳现裹c往下止點運動時，上半行程是加速運動，后半行程是減速運動。同理，下半行程到上半行程也如此。[1] [3] [4] [5] 1.3曲柄連桿機構動力學分析概述 受力類型：氣壓力、慣性力、摩擦力。 氣體作用力（主要） 作功行程：Fp氣壓力分解為Fp1 和Fp2：Fp2：垂直于缸壁，使活塞與缸壁之間產(chǎn)生側壓力。Fp1：沿著連桿方向，作用在曲柄銷上。Fp1 繼續(xù)分解為：Fr：沿著曲柄方向；Fs：為曲柄垂直方向，對曲軸產(chǎn)生一有用力矩：T＝S*R 壓縮行程：Fp分解為Fp’1 和Fp’2：Fp’2：垂直于缸壁，使活塞與缸壁之間產(chǎn)生側壓力。Fp’1：沿著連桿方向，作用在曲柄銷上。 Fp’1 ：繼續(xù)分解為：Fr’：沿著曲柄方向；Fs’：為曲柄垂直方向，對曲軸產(chǎn)生一阻力矩 慣性力（主要）往復慣性力：活塞從上止點到下止點：前半行程：加速度方向向下，往復慣性力方向向上。后半行程：加速度方向向上，往復慣性力方向向下；活塞從下止點到上止點：前半行程：加速度方向向上，往復慣性力方向向下。后半行程：加速度方向向下，往復慣性力方向向上。往復慣性力使發(fā)動機產(chǎn)生上下震動。離心力： Fcy：始終與往復慣性力的方向一致，加劇了發(fā)動機的上下震動。Fcx：使發(fā)動機產(chǎn)生水平方向的震動。 摩擦力:曲柄連桿機構中互相接觸表面作相對運動時，存在摩擦力。 摩擦力大小與摩擦系數(shù)、正壓力有關，方向與活塞運動方向相反。因為較小，故分析時忽略.[1][6][7] 1.4曲軸的結構分析 1.4.1作用：承受連桿傳來的力，并將此力轉換成繞其自身的軸線的力矩。 1.4.2結構： 前端：正時齒輪、正時鏈輪、皮帶輪端；車用發(fā)動機還裝有曲軸扭轉減震器、啟動爪（中、小發(fā)動機）。 后端：飛輪端（功率輸出端）。 曲軸軸頸、曲柄（臂）、曲柄銷（連桿軸頸）、平衡重等。 1.4.3 類型 按照結構分：整體式和組合式。整體式曲軸：具有工作可靠、重量輕、剛度、強度較高、加工表面較少的特點，中小型發(fā)動機中廣泛采用。一般配合滑動軸承（有的單缸機采用滾動軸承）。組合式曲軸：當曲軸尺寸較大，曲拐數(shù)較多時，采用整體式結構將導致加工非常困難，可采用組合式結構。小型單缸發(fā)動機也有采用。 按照支承形式分：全支承和非非全支承曲軸.全支承曲軸:優(yōu)點是曲軸剛性好，不易彎曲，缺點是缸心距加大，機體加長，制造成本增加。柴油機多用全支承曲軸。非全支承曲軸:用于中小功率的汽油機 1.4.4 連桿軸頸（曲柄銷）一般采用空心軸頸。連桿軸頸的潤滑依靠與主軸頸之間的斜油道來潤滑。 1.4.5 曲柄（臂）和平衡重曲柄臂：多采用橢圓形。衡重：減輕主軸頸負荷；減輕曲軸的內(nèi)力矩，平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩，一般不平衡往復慣性力。 1.4.6 工作條件及材料工作條件：是高速旋轉件，承受彎曲和扭轉載荷。材料要求：剛度、強度、耐磨性要好。材料：中碳鋼（45＃）或中碳合金鋼（40Cr等）強化機：稀土球墨鑄鐵。但剛性差，所以曲軸支承要求較高。 另外，曲軸支承受力處都必須進行耐磨處理，消除應力集中。 1.4.7 BJ492QA是一款汽油發(fā)動機的型號四缸、直列、四沖程、缸徑92mm、水冷、汽車用，區(qū)分符號A表示變型產(chǎn)品，該型號一般為全支撐整體式鑄鐵曲軸。全支承曲軸剛性好，不易彎曲；整體式曲軸工作可靠、重量輕、剛度、強度較高、加工表面較少；球墨鑄鐵價【[1][12]