以优化曲轴为目的的创新轴承设计.pdf

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1、2013年第5期国外内燃机以优化曲轴为目的的创新轴承设计【巴西1GalliLCurzR【德】SchultheissHP~ickertJ摘要：由于发动机功率和缸内最高燃烧压力不断提高，在相同甚至较小尺寸的情况下，对发动机零件的要求越来越高。轴承的承载能力和曲轴的结构强度越来越接近临界线。ThyssenKrupp和IAV公司提出一种创新的轴承理念，可明显改善曲轴的强度。关键词：柴油机轴承曲轴连杆强度耐久性1挖掘新的潜力曲轴作为内燃机的最重要零件之一，其功能和主要构造自发动机问世以来几乎未曾改变过。但近年来，广泛深入的研究工作进

2、一步挖掘了其潜力。在优化曲轴几何形状时，十分重视曲柄销直径、曲柄臂形状，以及平衡块的布置和设计。通常，轴承直径并不大，这是由轴承的承载能力确定的，因而对曲轴的强度提出了更高的要求。优化工作主要建立在受力、零件应力，以及扭转振动、弯曲振动和轴向振动计算的基础上。日趋精确的轴承特性参数计算与承①连杆大头(已剖开)②喷涂在大头孔上的轴承材料载能力越来越强的轴承材料相结合，有可能进一步③放大的润滑油膜④曲轴改善曲轴的几何参数。2新的轴承理念图1U形轴承的几何形状ThyssenKrupp公司针对曲轴的连杆轴颈得出引起的结构改变，以及

3、质量增大。而U形理念则允一种新的理念口]，并与研发伙伴一起进行了深入的许在较大载荷下仍使用微合金钢。研究。目的是加大轴颈与曲柄臂之间的过渡圆角，此外，新理念还考虑到曲轴和连杆在曲轴箱内并加宽轴承的承载区域，以减小应力集中。新颖轴自由运动的问题。发动机功率提高时，往往不可能承轮廓的特点是轴承中部直径明显小于(小几毫在增大连杆轴颈直径的同时不使连杆与曲轴箱相米)轴承边缘的直径。轴颈呈对称U形轮廓，故被碰。在这种情况下，不得不实施费用高昂的曲轴箱称为“U形轴承”_2]。U形轴承轮廓的半径在轴向改动工作。而把连杆轴承从常规轴承改换

4、为U形轴呈逐渐转变(图1)。由于U形轴承的直径在轴颈承后，大多可以保持曲轴箱不变。长度方向是变化的，故不能应用常规的轴瓦。因这种优势既可增大曲轴可承受的载荷，又可减此，用热喷涂法在连杆大头孔上涂覆无铅的铜铝合小曲轴轴颈直径，减轻曲轴质量。两者兼得也是可金涂层。连杆大头仍然用胀断法分开，并用螺栓固能的。紧。由于U形轮廓的自动定心作用，连杆轴向定首次应用U形理念的实例是1台投放美国市位十分可靠。场的6缸柴油机的连杆轴承，当时，缸内最高燃烧U形理念的主要优点是，大幅提高的曲轴承载压力从13．8MPa提高到22．0MPa。将曲柄销

5、直能力可使曲轴的弯曲强度和扭转强度明显加大，同径从69．00mrn加大到73．85iTlm。此外，鉴于要时又具有较大的扭转刚度。当曲轴载荷过大而不能求增大可承载载荷，应用了U形轴承理念(图2)。保证必要的安全系数时，一般需要把曲轴材料从微在主轴承结构保持不变的情况下，能将新曲轴装入合金钢改换成调质钢。这导致成本增加、材料更换现有的曲轴箱中。