某V型6缸柴油机错拐曲轴设计.pdf

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1、郭建苏铁熊王军：某V型6缸柴油机错拐曲轴设计。。。。。。书{设计研究》b——f—f———某V型6缸柴油机错拐曲轴设计TheDesignOfStaggerCrankshaftInAVType&CylinderDieselEngine郭建苏铁熊王军(中北大学)(摘要]本文针对某v型6缸发动机的发火不均匀性，设计了一种错拐结构的曲轴，旨在改善上述缺点。同时．采用经验公式和有限元分析两种分析方法对设计出的曲轴进行了静强度校核。两种分析结果均表明本文所设计的曲轴是安全的。两种分析结果的一致性，表明本文针对错拐曲轴所采用的有限元模型和分析方法是合理可行的

2、。[关键词)内燃机错拐曲轴静强度有限元分析Keyword~EngineStaggercrankshaftStaticstrengthFiniteelementanalysisANSYSpowdermetallurgyO引言强度问题更为突出。目前在国产发动机中还很少使用，曲轴是发动机中承载最复杂、最重要的部件之即使在国外的各类机型中也不常见}{j。一，其设计合理与否对整机性能有着重要的影响。2某V6发动机错拐曲轴设计对于多缸发动机，曲轴的设计尽可能地使各缸均匀给定的V6发动机原始数据如表l。发火，力求使发动机惯性力系自平衡，从而从根本上2．1选

3、材、毛坯制作及强化工艺抑制发动机的内部激振力。改变发动机的振动特性毛坯制造采用锻造。材料选用合金钢。钢号为和降低噪声水平。但由于各种条件的制约，这一点40CrNiMoA。对曲轴采用感应加热表面淬火、氧化和往往不容易实现，V型6缸发动机就是一个典型的软氮化处理，曲轴圆角采用喷丸处理．以期达到强化实例[1】。目前，国内外的V型6缸发动机多采用90。的目的。或6O。的夹角，三个曲拐相间120o布置，但无论是采2．2结构形式的选择用90。还是60。的V型夹角，以及无论采用L1一柴油机爆发压力高，故采用全支承曲轴，即在相R1一L2一R2一L3R3的发火

4、顺序。还是采用U—邻的两个曲拐间都有主轴颈的曲轴。其优点是抗弯L3一L2一R2一R1一R3的发火顺序都无法实现各缸曲能力强，可减轻主轴承的载荷15]。在V6发动机中，的均匀发火，从而使整机惯性力系中的一次力矩、旋全支承曲轴的主轴颈数目为4个。转力矩、二次力矩都不平衡[21。采用整体曲轴。原因：其结构简单，工作可靠．使对V6发动机来说，采用错拐曲轴可实现各缸用方便，尤其在中高速柴油机中应用普遍。均匀发火表1某V6发动机原始数据1错拐曲轴气缸直径150mm连杆长度3oomm缸心距188mm错拐曲轴设计方法是将并列连杆曲柄销从对称活塞组质量5．01

5、lkg缸排夹角．9O。发火顺序L1一Rl—L2一R2_L3一R3中心平面处断开，以曲轴中心线为回转中心。右缸曲柄曲柄半径80mm标定转速l50or／min销相对于左缸曲柄销绕曲轴中心线逆曲轴旋转方向转2．3曲轴的主要尺寸设计过一个角度网，这个角度与发动机V型夹角之和等于发动机均匀发火的角度。两半曲柄销间用一隔离盘相通过查阅《柴油机设计手册》，设计出的错拐曲连接。与常规曲轴相比，错拐曲轴结构形状更为复杂，轴尺寸如下：主轴颈，直径dj=140mm，长度lj=45mm；承载条件更为恶劣，由于其曲柄销重叠度被极度削弱曲柄销，直径dp=105mm，长度

6、l=75mm；曲柄臂厚(通常不超过50％)，所以在发动机设计时，该类曲轴的度h=30mm；连接两半曲柄销间的薄隔离盘厚度h=2内燃机与配件2011年第8期4ram。错拐角度为30。。柄销中央处，D—D为隔离盘圆角处。2．4台阶、圆角、供油及减重的设计经计算，隔离盘圆角处D—D的弯曲应力和剪在轴颈与曲柄臂的交界处，设计有一个厚lmm的切应力均为最大，具体数值如下：台阶。曲柄臂与主轴颈及连杆轴颈过渡处圆角半径r1=弯曲应力cr~,=149．486MPa，O'Dmin=一34．817MPa；剪切应力T=268．996MPa，丁=一89．665MPa

7、。5ram，曲柄臂与隔离盘过渡处的圆角半径rz=5mm。可判定隔离盘圆角处为该错拐曲轴的危险截将机油输送到曲轴油道中的供油方式采用分路面，故只需校核D—D处的强度。D—D平面处的等供油。即机油从主油道经上轴瓦进人主轴承．然后经效平均应力~r~,=41MPa，等效应力幅cr~=324MPa。曲轴油道进入连杆轴承。统一取油孔直径d=8ram。曲轴强度是在哥德曼图上判断的，如图2所示，主轴颈应设减重孔。取孔径d"=28mm。纵坐标为最大、最小应力，横坐标为等效平均应力。3某V6发动机错拐曲轴强度校核如果曲轴的等效应力值在疲劳强度图内，则曲轴设由示功

8、图可以得出，最大爆发压力出现在压缩计是安全的冲程上止点后5。曲轴转角处。最大爆发压力为18．68MPa。鉴于采用全支撑的曲轴各曲拐具有相同的结构、和承载条件，为简化