基于柴油機結構的優化設計探究

摘 要：動力輸出機構和皮帶張緊輪機構是柴油機的重要部件，對于柴油機的安全穩定運動，起到至關重要的作用。文章通過兩項專利技術，闡述了動力輸出機構和皮帶張緊輪機構的優化設計，解決柴油機飛輪端皮帶輪輸出動力存在的缺陷，提高皮帶裝配和維修效率。

關鍵詞：柴油機；皮帶張緊輪機構；結構優化；設計

前言

隨著機械現代化的不斷推進，提高機械高速化、輕量化發展進程，對柴油機結構的安全穩定，有了更好要求。在柴油機結構中，動力輸出機構和皮帶張緊輪機構是兩大重要部分，其結構的優化設計，對已提高柴油機的安全穩定運行，具有重要的意義。因此，立足柴油機的發展需求，緊扣柴油機實際運行中存在的問題與不足，通過專利技術發明，實現對柴油機的機構優化，以更好地適應農業現代化發展的需求。文章通過對專利技術的闡述，具體說明柴油機在動力輸出機構和皮帶張緊輪機構中的優化設計。

1 動力輸出機構的優化設計

我國現有的以柴油機為動力的自走式兩行玉米收割機，其收割機構的動力來源于柴油機飛輪端皮帶輪輸出的動力。普通的動力輸出結構模式是在飛輪上安裝皮帶輪，由皮帶輪通過皮帶輸出動力，這樣的動力輸出結構模式將皮帶輪承載的徑向力直接通過飛輪傳遞到柴油機的曲軸上，容易造成軸瓦偏磨、曲軸斷裂等故障發生。另外由于皮帶輪與飛輪同軸安裝在曲軸上，飛輪殼后端為敞開式，灰塵、泥水、沙石等會直接進入，影響起動電機與飛輪齒圈的起動嚙合，降低起動機使用壽命。因此，在對傳統動力輸出機構的優化設計中，關鍵要解決解決柴油機飛輪端皮帶輪輸出動力存在的缺陷。如圖1所示，是基于實際缺陷所設計的一種用于柴油機的動力輸出機構。

由圖1可以知用于柴油機的動力輸出機構包括飛輪3和飛輪殼2，飛輪殼2安裝在曲軸1的輸出端上，且飛輪殼2罩設在飛輪3上。還包括輸出短軸5，輸出短軸5上設有法蘭盤，法蘭盤一側的輸出短軸5上安裝有飛輪3，且飛輪3通過螺釘連接著法蘭盤，飛輪3還通過螺釘連接著曲軸1的端面；飛輪3一側的輸出短軸5的軸端配合位于曲軸1輸出端的軸孔內，即輸出短軸5以曲軸的軸孔定位。法蘭盤另一側的輸出短軸5上通過軸承6安裝有盤狀的支撐座4。支撐座4的圓周上均布開設有十二安裝孔，支撐座4的中部鏤空，其軸向截面呈喇叭狀。支撐座4與法蘭盤之間的輸出短軸5上設有凸環狀的軸肩，支撐座4外側的輸出短軸5為錐度小于5的圓錐軸，皮帶輪7通過內圓錐孔與輸出短軸5的錐面配合連接，皮帶輪7為多槽皮帶輪。與皮帶輪7對應的輸出短軸5的端部軸向配合安裝有壓緊螺栓9，壓緊螺栓9上套設有壓緊墊圈8。飛輪殼的圓周上均布開設有十二個螺紋，且與支撐座的圓周上的十二個安裝孔對應，并通過十二螺釘使飛輪殼2和支撐座4固定連接。

工作時，柴油機經曲軸1、飛輪3產生的動力，由曲軸1輸出端安裝的動力輸出機構輸出動力，皮帶輪7在輸出動力時所承載的徑向力通過輸出短軸5→軸承6→支撐座4→飛輪殼2傳遞至發動機的機體10，有效地解決由皮帶輪輸出承載徑向力對曲軸、軸瓦造成斷軸、偏磨等故障，對飛輪、起動電機有保護作用。

2 皮帶張緊輪機構的優化設計

在常規情況下柴油機水泵、發電機、曲軸外傳動連接多為V型皮帶傳動，皮帶為自張緊方式，一根皮帶連接曲軸皮帶輪-水皮帶輪-發電機張緊輪，發電機圍繞其下支點旋轉實現自張緊皮帶，由于人工撬起發電機，再鎖另一支點，不足方面是對皮帶張緊度的不能很好控制，尤其是柴油機水泵的齒輪室蓋的之間各皮帶輪間的空間位置狹小使得調節張緊皮帶十分困難。如何能在有效的空間實現皮帶張緊的問題一直是擺在設計人員的一個難題。

針對上述現有技術存在的不足，文章提供了如圖2所示的結構優化設計。以齒輪室蓋安裝位置孔為支點固定機構，同時結合齒輪蓋形狀及裝配位置結構特點，運用有限空間，能達到最大限度的張緊輪移動調節量；通過設計結構調節皮帶張緊度的方法簡單，便于裝配和維修。

從圖2可以知道，皮帶張緊輪機構，包括張緊輪6、軸承、緊固螺母5、襯套4、張緊輪座1、調節螺桿2和張緊輪軸3。張緊輪6的輪緣周上設有V型環槽，張緊輪6的中心設有臺階軸承孔和擋圈槽；緊固螺母5的一端為六角頭，另一端為定位軸9，且定位軸9的中心設有內螺紋孔。

張緊輪座1為三角板座與條形臺的連接體，張緊輪座的材質為HT200材料。張緊輪座1的三角板座上設有安裝孔。張緊輪座1的條形臺設有凸臺平面，條形體的一側直角邊與三角板座的一側邊交界，條形體的另一直角側邊的短邊面為端頭面，且端頭面與凸臺平面垂直。條形臺凸臺下平面與三角板座的底面共面。條形臺凸臺平面上設有一腰形孔，該腰形孔的長度向與條形臺的長度向一致。條形臺凸臺下平面處沿腰形孔外輪廓周邊上設有腰形臺階槽7。條形臺的端頭面上設有一通孔，且該通孔沿腰形孔長度向與腰形孔垂直相貫。張緊輪座為本發明的連接固定主支撐體。

調節螺桿2其兩端為光桿軸，其中間段為螺紋桿軸，其一端頭為六角頭。

張緊輪軸3為階梯軸，其頭部為外螺紋軸，其尾部為軸臺階8，其中間段為光軸，且光軸的腰部設有螺紋孔。

張緊輪座1通過螺栓固定連接在齒輪室蓋12上，張緊輪座1的三角板座的底面與齒輪室蓋12上平面對應接觸。張緊輪6通過緊固螺母5螺紋連接在張緊輪軸3上。張緊輪軸3通過調節螺桿2螺紋連接在張緊輪座1的腰形孔內。

張緊輪軸3尾部的軸臺階8對應設置在張緊輪座1的腰形臺階槽7內，張緊輪軸3光軸腰部的螺紋孔對應連接在調節螺桿2的螺紋桿軸上，調節螺桿2的兩端光桿軸架設在張緊輪座1條形臺端頭面的通孔內。張緊輪軸3光軸上段套設在襯套4內，襯套4的底面與張緊輪座1條形臺凸臺上平面對應接觸。張緊輪軸3的頭部外螺紋軸與緊固螺母5螺紋連接，緊固螺母5的定位軸9配合連接于軸承的內圈，且緊固螺母5的六角頭的下端面抵在軸承內圈的上端。軸承的外圈配合連接在張緊輪6的臺階軸承孔內，且通過孔用檔圈抵在軸承外圈的上端。襯套4的上平面與軸承內圈的下端對應接觸。通過調節螺栓2來調節張緊輪軸3沿腰形孔移動以達到張緊之目的。可以通過更換不同厚度的襯套以達到調節張緊輪6的V型環槽中心位置。緊固螺母5裝配在張緊輪軸3上可壓緊軸承內圈，以限定張緊輪6的軸向竄動。

3 結束語

通過對柴油機實際運行中的不足與問題，在對輸出動力機構、皮帶張緊輪機構的優化設計中，一方面對傳統的結構模式進行優化，強調優化后機械機構的最優化；另一方面，立足農業機械化發展需求，通過機構優化，提高柴油機的實際應用價值，對于推動農業機械現代化發展，起到重要作用。

參考文獻

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