增壓柴油機曲軸設計概念設計解析

周凱波　何逃逃

【摘要】本文首先就當今柴油機技術的發展現狀及趨勢進行了簡單的介紹;而后在傳統柴油機的基礎上對其進行了增壓改型設計。在概念設計部分，本設計曲軸部分進行了選型及結構設計，從節約石油資源和減小大氣中二氧化碳的觀點看，柴油機將是汽車合適的動力裝置，而且柴油機的有害氣體排放可以達到與采用三元催化裝置后的汽油機一樣低。

【關鍵詞】柴油機 概念設計 增壓 曲軸

一、國內外發展現狀

柴油機工作原理是德國人狄賽爾在1882年（Rudolf Diesel）提出的，而第一臺四沖程柴油機則是在1896年制成的。柴油機技術在一百多年來得到了全面的發展，應用領域起來越廣泛。據專家預測，在今后20年，甚至更長的時間內柴油機成為世界車用動力的主流的發展趨勢不會改變。世界汽車工業發達國家政府對柴油機發展也給予了高度重視，也同樣采取了各個方面的措施來促進柴油機的普及與發展。

二、曲軸研究現狀及發展趨勢

曲軸軸系對于內燃機來說是最重要的系統之一，曲軸的強度、軸承的工作情況、減震器的減震性能直接關系到真個發動機的整機可靠性。現如今，曲軸的制造技術有一下幾種：

1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術

（1） 熔煉（2） 造型

2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術

3、機械加工技術

4、熱處理和表面強化處理技術

而對于曲軸未來的發展趨勢也是不可限量，以上的幾種技術在以后也會得到很大的改進：

1、鑄造技術

（1）熔煉

（2）造型

2、鍛造技術

3、機械加工技術

4、熱處理技術和表面強化技術

（1）曲軸中頻感應淬火

（2）曲軸軟氮化

（3）曲軸表面強化技術

三、曲軸設計

1、曲軸的結構形式及其選擇

曲軸的結構型式的選擇上要具有工作可靠、質量輕、剛度和強度較高的特點，所以本次設計選擇整體式的總體結構。針對需要高強度和剛度的特點，采用全支承結構的曲軸，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，較大值用于高增壓柴油機。

（2）、曲柄臂

因為曲柄臂的抗彎剛度和強度都較差，所以應選擇適當厚度的曲柄臂。中高速柴油機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度疲勞強度，增加圓角是提高曲軸疲勞強度的方法之一。一般圓角半徑的選擇R不應小于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滑，而要有充分的潤滑，一個好的潤滑油通道就是必須的。

潤滑油一般是從機體的主油道通過主軸承的上軸瓦引入，因為上軸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，斜油道又不能偏過空心的話，則可用一小油管來代替油孔。但是，軸頸上的油孔究竟布置在什么部位合適，應由曲軸的強度、軸承負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保證向曲柄銷供油足夠充分，曲柄銷上的油孔出口應設在負荷較低區，用以提高曲柄銷的供油能力。從曲軸強度觀點來看，曲柄銷上扭轉切應力分布呈橢圓形，它的長軸正是通過曲柄銷中心的縱向軸線，而與這軸線垂直的截面內切應力最小。因此，曲柄銷油孔多數選擇在曲拐平面運轉前方的范圍內。

由于油孔穿過曲柄兩側構成應力集中的圓角處截面，成為第三個應力集中缺口。試驗表明，若油孔偏向主軸頸圓角側，則主軸頸圓角發生裂紋的時間提前，甚至導致破壞，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：

[1]《高速柴油機概念設計與實踐》許道延 丁賢華主編 機械工業出版社 2004年第一版

[2]《汽車發動機現代設計》徐兀編著 人民交通出版社 1995年第一版