柴油机曲轴结构是怎样的
柴油机曲轴结构是怎样的
柴油机曲轴可将活塞的往复运动转变为旋转运动，并把连杆传采的切向力转变为扭矩，对外输
出功率和驱动各辅助系统。
曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、曲轴平衡块及曲轴前、后端组成。
曲
轴由前、后两个主轴颈支承在主轴承上，多缸机的主轴承一般采用轴瓦形式(也有的用滚动轴承)，
上瓦片带油槽和油孔，装在机体的轴承座内，下瓦片则装在轴承盖内。
曲轴必须轴向定位，有的采
用一道带翻边的主轴瓦(4125A 型柴油机)，装在最后一道轴承上;有的则在中间主轴承上装有止推片。
发动机工作时，主轴承和主轴承座受力很大，因此安装主轴承盖时，要以规定扭矩拧紧主轴承螺栓，而且要用锁片等锁紧。
主轴颈和连杆轴颈都靠压力油润滑，机油从机体上的主油道压送至主轴颈表面，再通过主轴颈
与连杆轴颈之间的斜油道送到连杆轴颈表面。
连杆轴颈内有圆柱形空腔，两边用油塞堵住，工作时
可对机油进行离心净化。
工作一定时期后，空腔会沉积大量杂质，必须定期加以清除。
曲柄是主轴颈与连杆轴颈的联接部分，其下端设曲轴平衡块，用来平衡连杆轴颈等旋转时所产
生的离心力，减轻柴油机的振动，延长轴承的寿命。
柴油机曲轴前端装有曲轴正时齿轮，用来驱动正时齿轮室中其他齿轮转动，以完成配气、调速、平衡等作用。
多缸机的曲轴前端还装有带动水泵及风扇的三角皮带轮和启动爪。
曲轴后端与飞轮联接。
在曲轴前后端都设置挡油盘，并在前端正时齿轮室盖处和后端主轴承盖外侧都装有油封，防止
曲轴箱内的机油外漏。
为了保证和曲轴同轴，油封座或回油挡板与机体都有定位销定位。
柴油机曲
轴后端的密封装置有的采用回油螺纹，如4125A 型柴油机。
车用柴油机曲轴结构有限元分析
为 了控 制有 限元 网格 的疏 密 程 度 ，有 利 于网 格
为该机 曲轴 的结 构设 计提 供 理 论依 据 。
关键 词 ： 柴油 机 曲轴
Ｋｅ ｏ ｄｓ ｙＷ ｒ ：
有 限元
Ｄｉｓ ｌ ｎｇ ｎｅ，Ｃｒ ｎｋ ｈ ｔ ｅ ｅ ｅ ｉ ａ ｓ ａｆ， ，ＦＥＡ
曲轴是 发 动机 中最 大 的运动 件 ，而且 其 结构 形 状 和受 力状 况 都相 当 复杂 ， 发 动机 的总体 尺寸 、 对 重 量、 可靠 性及 制 造成 本 等 各项 指标 都具 有重 大 影 响 ， 因此 在 曲轴 的设 计 过程 中 ， 须对 它 的 疲劳 强 度 、 必 刚 度 、 颈 的耐 磨性 等 ， 行 严格 地 校 核分 析 。本 文所 轴 进
目的 。
条 件 。计算 时 程序 根 据 接触 状 态 自动 在 接触 面 』建 二
立 接触 单 元 ， 递 作用 力 ， 成 接触 模 拟 。两 端 主轴 传 完
颈外 圆周 表 面 由主轴 承 座 内孔通 过 接 触单 元 约束 其
径 向 自由度 ； 主轴 承座 上半 部 分 （ 体部 分 ） 机 约束 其
主轴 颈 、 曲柄 臂 、 曲柄 销 、 曲柄 销大 小 油道 、主轴 承
盖、 主轴 承座 和 部分 机 体进 行 了三 维 实 体特 征 建模 ， 并组 成 曲轴 单 拐有 限元 分 析计 算 的几何 模 型 。 该 柴油 机 为并 列式 连 杆 ，其 初 步设 计 的 四种 结 构 方案 分别 为 ： 曲柄 销直 径 为 Ｏ１０ 曲柄 销 圆角 和 ０、 主轴 颈 圆角 为 Ｒ ，后 文简 称 Ｄ１０ ５方案 ；曲柄 销 ５ ０Ｒ 直 径 为 Ｏ１５ 曲柄销 圆 角 和主 轴 颈 圆角 为 Ｒ ， 文 ０、 ５后
MSC柴油发动机曲轴疲劳分析示例
曲轴疲劳寿命预测
01
应力-寿命法（S-N法）
通过测试不同应力和循环次数下材料的断裂寿命，建立应力与寿命的关
系曲线，用于预测曲轴的疲劳寿命。
02
局部应变法（ε-N法）
通过测量曲轴局部区域的应变和循环次数，计算材料的疲劳寿命。该方
法考虑了应力集中的影响，更适用于预测曲轴的疲劳寿命。
03
有限元分析（FEA）
曲轴疲劳损伤机制
弯曲疲劳
由于周期性的弯矩作用，曲轴在 应力集中的位置（如轴颈和曲拐 的过渡区域）容易发生弯曲疲劳
断裂。
扭转疲劳
周期性的扭矩作用使曲轴在轴颈和 曲拐的过渡区域产生剪切应力，可 能导致扭转疲劳断裂。
热疲劳
由于温度变化引起的热应力，可能 导致曲轴材料内部产生微裂纹，进 而扩展形成疲劳裂纹。
详细描述
该案例针对曲轴的结构和工艺参数进行了优化设计，如改变曲轴的形状、增加 加强筋等。通过有限元分析和疲劳试验验证了优化设计的有效性，发现这些改 进能够显著提高曲轴的抗疲劳性能和疲劳寿命。
05
结论与展望
疲劳分析在MSC柴油发动机曲轴设计中的重要性
疲劳分析是评估曲轴结构强度和寿命 的关键手段，通过分析可以预测曲轴 在不同工况下的疲劳损伤和断裂风险。
在船舶领域，柴油发动机曲轴作为船 舶推进系统的关键部件，需承受高负 荷和极端环境条件下的运转。
在发电机组领域，柴油发动机曲轴用 于驱动发电机，要求具有高效率和可 靠性。
02
疲劳分析基本原理
疲劳定义与分类
疲劳定义
疲劳是由于材料或结构在循环应力或 应变下逐渐损伤和失效的现象。
疲劳分类
根据应力类型和循环特性，疲劳可分 为高周疲劳和低周疲劳，其中高周疲 劳是指循环次数大于10^4的疲劳，低 周疲劳是指循环次数小于10^4的疲劳 。
柴油机内部结构介绍
燃烧室的主要作用是提供燃料和空气的混合物，并产
2
生高压气体，推动活塞运动
3
燃烧室的设计和质量直接影响着油机的性能和效率
4
第4部分
冷却系统
冷却系统
1
冷却系统是柴油机中必不可少的部分， 它由水泵、散热器、风扇等组成
冷却系统的主要作用是将柴油机运转 过程中产生的热量传递出去，以保持
柴油机的正常运转
2
杆、活塞、活塞销等组成
曲轴是柴油机中的核心部件， 它通过连杆将活塞的往复运动
转化为自身的旋转运动
连杆通过活塞销连接活塞和曲 轴，使活塞在气缸中往复运动
活塞销在连杆和活塞之间传递 力量，并保持活塞与连杆之间
的相对位置
2
第2部分
配气机构
配气机构
1 配气机构是柴油机中的重要组成部分， 它由气门、气门弹簧、气门座等组成
2 配气机构的主要作用是控制气缸的进气 和排气，从而保证柴油机的正常运转
3 气门是配气机构中的关键部件，它控制 着气缸的进气和排气
4 气门弹簧的作用是使气门自动关闭，气 门座则是气门与气缸盖之间的连接部件
3
第3部分
燃烧室
燃烧室
燃烧室是柴油机中最为重要的部分之一，它由气缸盖、
1
气缸套、活塞顶等组成
柴油机内部结构介绍
日期：20xx-xx-xx
2
-
目录
CONTENTS
1
曲柄连杆机构
2
配气机构
3
燃烧室
4
冷却系统
5
润滑系统
6
燃油供给系统
7
控制系统
柴油机内部结构介绍
柴油机是一种复杂的 机械设备，其内部结 构包括许多部件和系 统。下面是对柴油机
柴油机整体曲轴的三维有限元静强度分析
譬。
黧．墨凰，柴油机整体曲轴的三维有限元静强度分析封海宝尤固红(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)脯要]曲轴是内燃杌中的重要零件之一，是承受冲击载荷传递动力的关键零件，其强度和刚度对柴油机的工作巨能和寿命有决定性的影响。
本文采用有限单元法，对16v柴油机曲轴进行了符合实际情况的三维建模，研究了整体曲轴的变形和应力状态，校核了曲轴在交变栽荷下的疲劳强度，对提高柴油机曲轴强度计算的分析效率和分析结果具有一定的参考价值。
饫短闶】有限元法；自动网格划分；计算模型；疲劳强度校核1概述曲轴是内燃机中的重要零件之一，是承受冲击载荷传递动力的关键零件，其强f妾和刚度对躬由机的工作性能和寿命有决定性的影响。
曲轴的几何形状复杂，应力集中现象严重，特别是在曲轴主、连轴颈的圆角过渡部位的应力集中现象更加的突出。
随着柴油机强化程度的提高，对于曲轴强匪的要求也是越来越高。
从60年代起，有限元法随着计算机科学的发展，在包括躬由机在内的几乎所有工程领域得到愈来愈广泛的运用。
有限元技术的应用提高了柴油机零部件设计的可靠性，缩短了设计周期，大大推动了柴油机工!哑的发展。
近几年来，随着计算机软硬件水平的提高，躬由机曲轴有限元技术又取得了许多新的进展。
2计算模型的建立21几何模型的建立进行曲轴有限元分析，首先要建立相应的有限元模型。
对于使用有限元软件，—般是先建立实体模型，然后通过网格划分来生成有限元模型。
本文采用PR0，E建立曲轴的实体模型。
如下图为P R0／E中建立的模型(图1)，该模型优点在于省去了部分倒角和圆角以及油孔，增加了模型的可分析性，避免计算时耗费大量的计算时间和资源。
图l曲轴实体模型22A N s Y s中有限元模型的建立通过P R O／E与A N SY S软件的接口可以直接将PR o／E中的实体，模型导入A N S Y S中，定义曲轴的材料和属性，柴油机曲轴的材料是42C rM o，材料特性如下：弹性模量E：2．1E14(N／m3)；泊松比¨：03；质量密度：7B E3(kg，m3)；a b：950M pa；a。
曲轴连杆的原理
曲轴连杆的原理曲轴连杆是一种常用的机械传动装置，广泛应用于内燃机、柴油机、发电机等设备中。
它的作用是将发动机的往复运动转化为旋转运动，并传递给其他传动部件，使机械设备工作。
曲轴连杆的原理可以用以下几个方面来解释：1. 曲轴的结构：曲轴是一根中空的轴，其形状呈现出多个曲折的凸起和凹陷，即曲柄和连杆。
在内燃机中，曲轴通常是由钢铁材料制成，耐高温和高强度。
2. 凸轮和连杆的关系：曲轴上的凸轮与发动机的气缸和活塞相连，当活塞上下往复运动时，凸轮通过摩擦或间接接触带动曲轴转动。
而曲轴上的连杆则将曲轴上的旋转运动转变为活塞的往复运动。
3. 连杆的结构和工作原理：连杆由两个桥式构件组成，一个连接活塞的小头（小端）和一个连接曲轴的大头（大端）。
连杆将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
当活塞上升时，连杆的小头被推动向上拉动连杆，连杆的大头则向下推动曲轴使之旋转。
当活塞下降时，连杆的小头向下拉动连杆，连杆的大头则向上推动曲轴使之再次旋转，形成连续的旋转运动。
4. 滑动轴承的作用：曲轴上的凸轮和连杆在高速运动时会产生较大的摩擦力和冲击力，滑动轴承的作用就是减少这些摩擦和冲击，保证曲轴的平稳运行。
滑动轴承一般由润滑油膜和轴承壳组成，润滑油膜能有效减小摩擦和冲击，降低磨损和噪音，提高曲轴的使用寿命。
5. 连杆角度的设计：连杆角度的设计对于发动机的性能和平衡性至关重要。
合理的连杆角度能够减小活塞和连杆的相对速度，降低磨损和摩擦，提高燃油效率。
此外，连杆角度还会影响气缸内的燃烧过程和振动平衡性，需要综合考虑来进行设计。
综上所述，曲轴连杆通过将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，实现了内燃机等设备的正常工作。
它利用了凸轮和连杆的关系，以及滑动轴承的作用来减小摩擦和冲击，保证曲轴平稳运行。
在设计上，合理的连杆角度能够提高发动机的性能和平衡性，达到更高的效率和可靠性。
这些原理和设计要点的合理应用，是实现曲轴连杆顺利工作的关键。
六缸柴油机的曲轴设计原理
六缸柴油机的曲轴设计原理六缸柴油机是一种常见的发动机类型，它具有较高的功率和扭矩输出，广泛应用于卡车、重型机械和船舶等领域。
曲轴是六缸柴油机中的关键零部件之一，其设计原理对于发动机的性能和可靠性具有重要影响。
六缸柴油机的曲轴设计原理主要包括结构设计、材料选择和加工工艺等方面。
首先，六缸柴油机曲轴的结构设计需要满足横向连杆的要求。
六缸柴油机的曲轴由主轴和连杆轴组成，主轴上有六个连杆轴，每个连杆轴与一根连杆相连。
主轴和连杆轴的几何形状需要经过精确的计算和优化设计，以保证曲轴的强度和刚度符合要求，并且尽量减小质量和惯性。
其次，六缸柴油机曲轴的材料选择也是十分重要的。
由于曲轴在工作中需要承受大的扭矩和压力，因此其材料需要具备足够的强度和韧性。
常见的曲轴材料包括锻造钢和铸造铁等。
锻造钢具有较高的强度和韧性，适合承受高载荷的工作条件。
而铸造铁在制造成本和加工便利性方面具有较大优势，适合用于一般负荷和速度条件下。
此外，六缸柴油机曲轴的加工工艺也非常重要。
曲轴是一个复杂形状的零部件，需要经过多道加工工序才能完成。
首先是粗加工，将初始材料进行车削和铣削等工序，基本确定曲轴的几何形状。
然后进行热处理，通过淬火和回火等工艺改变曲轴的组织结构，提高其强度和硬度。
最后进行精加工，对曲轴进行研磨和打磨等工序，使其尺寸和表面粗糙度达到要求。
此外，六缸柴油机曲轴还需要进行静态和动态的平衡校验。
静态平衡是指曲轴的质量在自身重力下分布均匀，动态平衡是指曲轴在高速旋转时不会产生过大的振动和摩擦力。
为了达到平衡的要求，曲轴一般会在两端并非对称地加上配重块。
总之，六缸柴油机的曲轴设计原理主要包括结构设计、材料选择和加工工艺等方面。
通过合理的设计和制造工艺，可以保证曲轴具备足够的强度、刚度和平衡性，确保发动机的正常工作和可靠性。
同时，曲轴的设计也需要考虑到经济性和可制造性等因素，以满足市场需求和生产成本的要求。
曲轴构造解析
止推片 润 滑 脂 嘴
半 圆 键
螺柱
凸轮轴正时 齿形带轮 正时齿形带 飞轮齿圈
张紧轮
水泵齿形带轮
曲轴链轮 驱动油泵） （驱动油泵） 曲轴正时 齿形带轮 飞轮 转速传感器 脉冲轮 止推片 主轴承下轴瓦
曲轴带轮 曲轴正时 齿形带轮
桑塔纳2000时代超人轿车 桑塔纳2000时代超人轿车 2000 AJR发动机曲轴飞轮组零件分解图 AJR发动机曲轴飞轮组零件分解图
起动爪
油封 甩油盘
止推垫片
曲轴后端： 6、曲轴后端：
最后一道主轴颈之后的部分。 最后一道主轴颈之后的部分。一般在其 后端为安装飞轮的法兰盘。 后端为安装飞轮的法兰盘。... 曲轴前、后端的封油原理： 曲轴前、后端的封油原理： 常用的防漏装置有甩油盘、填料油封、 常用的防漏装置有甩油盘、填料油封、 自紧油封和回油螺纹等。一般发动机都采 自紧油封和回油螺纹等。 用复合式防漏装置， 用复合式防漏装置，由甩油盘与其它一至 二种防漏装置组成。 二种防漏装置组成。... 曲轴前端甩油盘的外斜面应朝外，当 曲轴前端甩油盘的外斜面应朝外， 被齿轮挤出和甩出的润滑油落到甩油盘上 沿壁面流回油底壳中。 时，沿壁面流回油底壳中。 回油螺纹的螺旋方向应为右旋， 回油螺纹的螺旋方向应为右旋，当曲 轴旋转时，机油也被带动旋转， 轴旋转时，机油也被带动旋转，因为机油 有粘性， 有粘性，所以受到机体后盖孔壁的摩擦阻 Fr。 力Fr。 … Fr可分解为平行于螺纹的分力Fr1和 可分解为平行于螺纹的分力Fr1 Fr可分解为平行于螺纹的分力Fr1和 垂直于螺纹的分力Fr2 机油在Fr1 Fr2。 Fr1的作用 垂直于螺纹的分力Fr2。机油在Fr1的作用 顺着螺纹槽道流回机油盘。 下，顺着螺纹槽道流回机油盘。
第四节 曲轴飞轮组
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柴油机曲轴可将活塞的往复运动转变为旋转运动，并把连杆传采的切向力转变为扭矩，对外输
出功率和驱动各辅助系统。
曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、曲轴平衡块及曲轴前、后端组成。
曲
轴由前、后两个主轴颈支承在主轴承上，多缸机的主轴承一般采用轴瓦形式(也有的用滚动轴承)，
上瓦片带油槽和油孔，装在机体的轴承座内，下瓦片则装在轴承盖内。
曲轴必须轴向定位，有的采
用一道带翻边的主轴瓦(4125A 型柴油机)，装在最后一道轴承上;有的则在中间主轴承上装有止推片。
发动机工作时，主轴承和主轴承座受力很大，因此安装主轴承盖时，要以规定扭矩拧紧主轴承螺栓，而且要用锁片等锁紧。
主轴颈和连杆轴颈都靠压力油润滑，机油从机体上的主油道压送至主轴颈表面，再通过主轴颈
与连杆轴颈之间的斜油道送到连杆轴颈表面。
连杆轴颈内有圆柱形空腔，两边用油塞堵住，工作时
可对机油进行离心净化。
工作一定时期后，空腔会沉积大量杂质，必须定期加以清除。
曲柄是主轴颈与连杆轴颈的联接部分，其下端设曲轴平衡块，用来平衡连杆轴颈等旋转时所产
生的离心力，减轻柴油机的振动，延长轴承的寿命。
柴油机曲轴前端装有曲轴正时齿轮，用来驱动正时齿轮室中其他齿轮转动，以完成配气、调速、平衡等作用。
多缸机的曲轴前端还装有带动水泵及风扇的三角皮带轮和启动爪。
曲轴后端与飞轮联接。
在曲轴前后端都设置挡油盘，并在前端正时齿轮室盖处和后端主轴承盖外侧都装有油封，防止
曲轴箱内的机油外漏。
为了保证和曲轴同轴，油封座或回油挡板与机体都有定位销定位。
柴油机曲
轴后端的密封装置有的采用回油螺纹，如4125A 型柴油机。