復式內燃機中曲柄連桿機構的設計

【摘要】 在工作沖程中，曲柄連桿機構在高溫高壓氣體的推動下，將活塞所作的直線運動轉變為曲軸、飛輪的旋轉運動，即把燃油燃燒所產生的熱能轉變為曲軸、飛輪旋轉的機械能。

【關鍵詞】 曲軸 飛輪 熱能 機械能

Abstract:In the work， the crank rod system which drives by the high temperature and high pressure gas changes the linear motion of the pistons into the rotation motion of the crank-

shaft， flywheel， namely， the heat energy of fuel combustion is changed into the mechanical energy from the crankshaft， flywheel spinning.

1. 曲柄連桿機構的載荷計算

曲柄連桿機構運動見圖如圖所示。A點表示曲軸的旋轉中心，B點表示連桿與曲柄的連接點，C點表示連桿與滑塊的連接點，AB表示曲柄半徑，BC表示連桿長度。

滑塊受力分析:即又腔內傳來的壓力，作用于上面的外部載荷包括工作載荷Fg、導軌的摩擦力Ff和由于速度變化而產生 的慣性力Fa。

1.1工作載荷:

F=P·S =0.98Mpa×3.14×0.01m2=30772N

=30KN

1.2導軌摩擦載荷:Ff =μ(G+FN)

其中，G——運動部件受重力;

FN ——外載荷作用于導軌上的正壓力;

由設計參數，滑桿的體積

=3.14×0.0332 ×0.1=0.00034m3

由于鐵的密度為，所以活塞桿的重力為:

查表可以得到， ，且FN=0，所以代入公式得:

1.3慣性載荷

慣性載荷的計算公式為

一般 所以慣性載荷為:

綜上，所以總的載荷為:

2.曲軸主要參數的設計

2.1主軸頸的直徑d0

其中，Pg為公稱壓力，單位為KN，由設計值Pg=30.8KN;代入， 取30mm。

2.2曲柄銷直徑dA

dA(1.1~1.4)d0，取為 35mm。

2.3軸頸長度

，取為40mm。

2.4支承軸長度l0

l0=(1.5~2.2) d0 ，取為45mm。

2.5圓角半徑r

r=(0.08~0.10)d0 ，取為3mm。

2.6曲柄厚度s

s=(0.5~0.6)d0 ，取為15mm。

3.連桿的設計

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，從而推動曲軸作旋轉運動。因此，其兩端給安裝一個軸承，分別連接活塞銷于曲軸銷。連桿于活塞連接的部分稱為連桿小頭，與曲軸銷連接的部分稱為連桿大頭，中間的部分稱為桿身。為了潤滑活塞銷和軸承，連桿小頭鉆有集油孔或銑有油槽，用以收集發動機運轉時被激漲起來的機油，以便潤滑。連桿桿身通常做成“工”字形斷面，以保證在合適的剛度和強度下有最小的質量。連桿大頭有剖分式和整體式兩種。整體式連桿倒頭相應的曲軸采用組合式曲軸，用軸承與曲柄銷相連。連桿大頭的內孔表面有很高的關潔度，以便與連桿軸瓦(或滾針軸承)緊密結合。

3.1連桿結構設計要點

3.1.1絕大多數情況下，小頭總是采用滑動軸承的。

3.1.2設計連桿大頭時，應在保證強度和剛度的條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。

3.1.3為了減少應力集中，連桿大頭處各處形狀都應圓滑。

3.1.4連桿小頭不僅要具有足夠的強度和剛度，同時還要考慮小頭軸瓦的摩擦，磨損問題。

3.1.5連桿小頭上應設有合適的油孔或油槽。

3.1.6要有足夠的強度，保證其在脈動的活塞力的作用下，不會發生失效破壞。

3.1.7大小頭和桿身要有足夠的剛度，防止其承受拉壓載荷時發生過大的變形。

4.軸承的選取

選用的是深溝球軸承6007，其參數為

C=31200，Co=22200.

根據受力分析，R=30800N，

因為Fa=0N，

所以R=30800N，A=0N，X1=0.56，R1 =17246

校核軸承壽命

其中，，對于深溝球軸承，C=3，

代入公式中，得

一般要求，

，所以符合使用條件。

5.曲柄連桿機構的功用

在工作沖程中，曲柄連桿機構在高溫高壓氣體的推動下，將活塞所作的直線運動轉變為曲軸、飛輪的旋轉運動，即把燃油燃燒所產生的熱能轉變為曲軸、飛輪旋轉的機械能。

進氣沖程時，活塞向下止點移動吸入新鮮空氣;壓縮沖程結束時，曲柄連桿機構中的活塞、活塞環與缸體和缸蓋組成燃燒室空間，使空氣升壓升溫，提供燃油與空氣混合燃燒的條件。

排氣沖程時，活塞向上止點移動，將氣缸內燃燒后的廢氣排入大氣。在進氣沖程、壓縮沖程及排氣沖程，曲柄連桿機構將曲軸和飛輪的慣性旋轉運動轉變為活塞的往復直線運動，以實現柴油機的工作循環。

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(作者單位:沈陽職業技術學院)