2100t型柴油机曲轴受力分析及强度校核设计

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1、2100T型柴油机设计说明书曲轴受力分析及强度校核姓名李钊学号3008201291__专业_热能与动力工程__指导教师高文志谭从民刘月辉一、柴油机的主要技术规格型号：2100T型式：立式、水冷、四冲程、直接喷射式燃烧室气缸数：二缸缸径：100毫米活塞行程：120毫米标定功率：18.4千瓦标定转速n：2000转/分最大扭矩：11.8公斤·米最大扭矩转速：1200转/分比油耗ge≤252g/(kW.h)压缩比：16活塞总排量；1.88升平均有效压力：7.03公斤/厘米2活塞平均速度:6米/秒曲轴旋转方式：逆时针启动方式：手起动或电起动润滑方式：压力与飞溅复合式

2、外形尺寸：（长×宽×高）555×748×486（毫米）二、曲轴飞轮组概述曲轴飞轮组是由曲轴、飞轮、齿圈、曲轴正时齿轮、三角皮带轮组成。曲轴主轴颈与连杆轴颈之间有润滑油孔相通。2100T型柴油机的飞轮直径Ф=440毫米，飞轮齿圈的倒角的一面向外装配到飞轮上面。此外，飞轮可配用8寸离合器。飞轮用6个M14×1.5的螺栓和一个Ф12的定位销固定曲轴后端的凸缘上，齿圈安装在飞轮上。飞轮外缘刻有记号或标有小孔，用于检查调整配气和供油正时，在凸缘上设置定位销保持飞轮与曲轴准确的正时位置。另外，飞轮内壁钻有小孔，这样可以使飞轮外的部分润滑油通过小孔回到油底壳，以保证飞轮

3、面与离合器更好的摩擦传动。曲轴的材料采用合金球墨铸铁，制造方便，成本低。曲轴由前端、曲拐、曲轴后端及平衡重组成，主轴颈直径粗而短，以提高刚度，主轴颈为空心，曲柄销也是空心，既可以减少重量，又可以减少离心力。2100型是枣核型空腔。主轴瓦、连杆轴瓦和止推片的材料均为轧制的耐磨合金。曲轴末端主轴颈作用在止推轴颈上，其余除装一般轴瓦外，在机体主轴承两侧加装两个止推片。曲轴是发动机中最重要、最昂贵的零件之一，它的尺寸参数影响着发动机整体尺寸和重量，并且在很大程度上影响着发动机的可靠性。曲轴的破坏事故可能引起发动机其它零件的严重损坏，特别是随着发动机的发展与强化，使

4、曲轴的工作条件愈加苛刻。由于曲轴是承担由热能转换为动能的最关键部件，并且在发动机中发动机产生的功率是由它传导而出。因此在发动机的设计与改进中，曲轴占有极其重要的地位。在工作中曲轴承受着由缸内燃气作用力、往复惯性力及旋转惯性力引起的周期性变化的交变载荷,并对外输出转矩。这种交变载荷会引起曲轴的疲劳失效;曲轴的疲劳破坏通常从应力集中处开始,因此在最大载荷不变的前提下,要降低最大应力,提高曲轴的疲劳强度就应设法降低轴颈过渡圆角处的应力集中效应。通常采用增大曲轴的重叠度、加大连杆轴颈主轴颈的过渡圆角、开卸载槽、适当增加危险截面处的曲柄宽度等结构措施来提高曲轴的疲

5、劳强度。三、曲轴受力分析及计算计算曲轴支反力常用分段法或连续梁法，这里按照分段法进行计算。该法以通过主轴颈中点并垂直于曲轴中心线的平面将曲轴分为若干个曲柄，每个曲柄视为简支梁进行计算。计算模型如下图所示。这里我们取第二个曲柄计算，作用于此曲柄的力和力矩有：Pr：气体力和活塞连杆组往复惯性力所产生的径向力；Pt：气体力和活塞连杆组往复惯性力所产生的切向力；Pc：连杆旋转质量的离心惯性力；Pp：曲柄销的离心惯性力；Pa：曲柄臂的离心惯性力；Pb：平衡块的离心惯性力；Mt：作用于主轴颈上的扭矩；为了简化计算，我们利用Pro-engineer建模并得到了各部分的质

6、量、转动惯量等参数。经过此步骤可以求得：最大径向力：568.4kgf；连杆旋转质量离心惯性力：149.4kgf；曲柄臂离心惯性力：30.1kgf；平衡块离心惯性力：105.0kgf.曲轴支反力由下式确定：1Rγ＝L[(Pγ-Pp-Pc)l2+Pb1(L-α1-b1)+Pb2(α-Pα2α2]+b2)-Pα2(L-α1)R＝l1PtLt根据曲柄左右对称，上面两个公式可以简化为：1Rγ＝2(Pγ-Pp-Pc)+Pb-PαRγ左＝Rγ支反力对曲柄臂计算截面重心的弯矩：Mb＝Rγα1＝676.7kgf·cm曲柄销油孔承受弯矩：在曲柄平面内在曲柄垂直平面内Mbγ

7、＝Rγl1Mbt＝Rtl1取上止点位置时，可以求出Mbγ＝1571.25kgf·cm四、曲轴圆角疲劳强度计算曲柄销圆角和主轴颈圆角是曲轴应力集中严重的部位。由下图可见，曲轴圆角处应力较其他部位明显增加，这种应力的局部提高经常导致曲轴圆角发生疲劳破坏。曲轴结构各个参数为：曲柄臂计算截面的宽度b=204mm；曲柄臂计算截面的厚度h=26mm；和所计算的圆角相连接轴颈的外径d=75mm；和所计算的圆角相连接轴颈的内径d1=44mm；减重孔缩口部分直径d2=32mm；减重孔偏心距e=3mm；轴颈重叠度∆＝0.5(dp+dj)-R；与所计算圆角相连接的曲柄臂中减重孔

8、边缘至轴颈的距离l=8mm；圆角曲率半径r=4mm.由于该曲轴采用