发动机曲轴结构设计说明
汽车发动机曲柄连杆机构零部件知识解读
汽车发动机曲柄连杆机构零部件知识发动机曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。
曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴1、机体组1-1、汽缸体是发动机机体组的重要组成部分，在气缸盖和油底壳之间，严格的来说，该部分要称为气缸体--曲轴箱！因为它上部是一个或若干个汽缸，下半部分是支承曲轴的曲轴箱！这两部分一般都铸造在一起，我们通常简称汽缸体。
因其工作条件高温高压、且活塞在其中往复运动，摩擦很大，所以气缸体必须能耐高温、耐腐蚀、耐磨损。
一般的说，为了满足以上要求可以采取以下几个措施：气缸体材料、加工精度、结构。
在冷却方面，气缸体一般有水冷、风冷。
像我们摩托车上的发动机就是风冷，一般汽车上的都是以水冷为主，但也装有风扇辅助降温1-2、汽缸垫气缸垫位于气缸盖与气缸体之间又称气缸床. 其功用是填补气缸体和气缸盖之间的微观孔隙,保证结合面处有良好的密封性,进而保证燃烧室的密封防止气缸漏气和水套漏水。
常见的金属---石棉气缸垫，这种石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮。
这种钢垫厚度为1.2~2mm，有很好的弹性和耐热性，能反复使用，但强度较差，厚度和质量也不均匀。
当发现以下现象时，就要考虑汽缸是否烧损：①汽缸盖与汽缸体接缝处有局部漏气现象，特别是排气管口附近常会出现此情况。
②工作时水箱冒水泡，气泡越多，说明漏气越严重。
不过这一现象当汽缸垫破损不太厉害时，往往不易察觉。
为此可在汽缸体与汽缸盖接缝处的周围抹些机油，然后观察接合处是否也有气泡冒出，如冒气泡就说明汽缸垫漏气。
通常情况下汽缸垫并没有破损，在此时，可以将汽缸垫在火焰上均匀地烤一下，由于加热之后石棉纸膨胀复原，在装回到机器上后就不再漏气了。
这种修理方法可以多次反复使用，从而延长汽缸垫的使用期限。
武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计-10kw曲轴设计
题目10KW四冲程汽油机曲轴设计学院汽车工程学院专业热能与动力工程班级姓名指导教师2014 年11 月21 日目录目录 (1)0.前言 (4)1.1．汽油机结构参数 (4)1.1．初始条件 (4)1.2．发动机类型 (4)1.2.1．冲程数的选择 (4)1.2.2．冷却方式 (4)1.2.3．气缸数与气缸布置方式 (5)1.3．基本参数 (5)1.3.1．行程缸径比S/D的选择 (5)1.3.2．气缸数i、气缸工作容积Vs、缸径D的选择 (5)2．热力学计算 (7)2.1．热力循环基本参数的确定 (7)2.2．各过程的热力学计算 (7)2.2.1.绝热压缩起点 (7)2.2.2．绝热压缩过程 (8)2.2.3．定容燃烧过程 (8)2.2.4．绝热膨胀过程 (8)2.3．P-V图的绘制 (8)2.4．P-V图的调整 (9)2.5．P-V图的校核 (10)3．运动学计算 (11)3.1．曲柄连杆机构的类型 (11)3.2．连杆比的选择 (11)3.3．活塞运动规律 (11)3.3.1．活塞位移 (11)3.3.2．活塞速度 (12)3.3.3．活塞加速度 (13)3.4．连杆运动规律 (13)3.5．P-V图向P-ɑ图的转化 (14)4．动力学计算 (15)4.1．质量转换 (15)4.2．作用在曲柄连杆机构上的力 (15)4.2.1．气缸内工质的作用力（气体压力） (16)4.2.2．曲柄连杆机构的惯性力 (16)4.2.3．作用在曲柄连杆机构上的力 (17)4.3．发动机的转矩 (20)5．曲轴组零件结构的设计 (21)5.1．曲轴的工作条件、结构形式和材料的选择 (21)5.1.1．曲轴的工作条件和设计要求 (21)5.1.2．曲轴的结构形式 (21)5.1.3．曲轴材料 (22)5.2．曲轴主要尺寸的确定和结构设计细节 (22)5.2.1．曲柄销的直径D2和长度L2 (22)5.2.2．主轴颈的直径D1和长度L1 (22)5.2.3．曲柄 (23)5.2.4．一些细节设计 (23)6．曲轴强度的校核 (25)6.1．静强度校核 (25)6.1.1．连杆轴颈的计算 (25)6.1.2．曲柄计算 (26)6.2．曲轴疲劳强度的计算 (27)6.2.1．主轴颈计算 (27)6.2.2．曲柄臂计算 (28)小结. (29)参考文献. (30)附录. (31)附表0. 计算涉及的参数 (31)附表1. P-V图及运动学计算图表 (31)附表2. 动力学计算图表 (35)10kW四冲程汽油机曲轴组设计0.前言内燃机学课程设计，是热能动力工程专业学生在学完了内燃机学等专业课程后的一次综合性设计实践和基本训练，旨在对刚学习过的发动机设计课程以及发动机原理课程的知识进行综合运用，加深对专业知识的理解。
曲柄连杆机构详细设计
第二章发动机曲柄连杆机构第一节曲柄连杆机构概述1. 功用曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。
工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。
总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。
通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。
2.工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。
可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。
3.组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，、和。
第二节机体组机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。
因此，机体必须要有足够的强度和刚度。
机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。
气缸体（图2-1）图2-11.气缸体(cylinder block)水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体--轴箱，也可称为气缸体。
气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。
在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。
气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。
（如图2-2）图2-2（１）一般式气缸体：其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。
这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差（２）龙门式气缸体：其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。
它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。
发动机曲轴毕业论文
成都工业学院毕业设计（论文）设计（论文）题目：发动机曲轴工艺设计及钻中心孔夹具和钻斜油孔夹具设计系部名称：机电工程系专业：数控技术专业班级：09423学生姓名：学号：指导教师：二O一二年五月摘要曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环运动。
曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。
主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。
发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。
而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。
曲轴的材料一般为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2，曲轴有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。
本次采用45钢，设计的主要就是这两方面的在数控机床的加工。
集合多种的曲轴加工后，深入分析了曲轴的加工工艺。
关键词：曲轴主轴劲夹具连杆劲数控加工AbstractThe crankshaft is an important engine rotating parts, fitted with linking, you can undertake up and down the piston (reciprocating) motion into circular motion. The crankshaft main two important processing areas: the main journal and rod neck. Spindle neck to be installed on the cylinder block, connecting rod journal and connecting rod hole connection, connect the connecting rod small end hole and the cylinder piston, is a typical slider-crank mechanism. Engine working process: the piston after the blasting of the mixed compressed gas pushes the piston linear motion and force to the crankshaft through the connecting rod, the linear motion into rotary motion by the crankshaft. The crankshaft processing will directly affect the overall performance of the engine performance. The material of the crankshaft is made of carbon structural steel or ductile iron, there are two important areas: the main journal rod neck. This paper introduces the fixture design of the engine crankshaft process design of the two processes. Ensure product quality, increase productivity, reduce costs, make full use of the existing production conditions to ensure workers have designed under the premise of a good and safe working conditions. In process design, the author combines practical theory of design, traditional crankshaft production process improvements, optimizing processes and process equipment, production and processing more economical and reasonable so that the crankshaft. Fixture design part of the collection of processing machine tools, cutting tools and auxiliary tools and other relevant information used based on the workpiece material, structural features, technical requirements and process analysis, in accordance with the fixture design steps to design a line with the crankshaft production process and fixture manufacturing requirements of the fixture.目录摘要 (I)Abstract (II)目录..................................................................................................................................................... 第1章绪论.. (1)1.1 课题研究的意义及现状 (1)1.2 论文主要研究内容 (2)第2章发动机曲轴零件图分析 (3)2.1曲轴的作用分析 (3)2.2曲轴的结构及其特点 (3)2.3曲轴的主要技术要求分析 (4)2.4曲轴的材料和毛坯的确定 (4)第3章工艺规程设计 (5)3.1 计算生产纲领，确定生产类型 (5)3.2 选择毛坯 (5)3.3 工艺过程设计 (5)3.3.1定位基准的选择 (5)3.3.2加工阶段的划分与工序顺序的安排 (6)3.3.3制定工艺路线 (7)3.4 确定加工余量 (10)3.4．1确定机械加工余量 (11)3.4.2设计毛坯图（一）确定毛坯尺寸公差 (12)3.5重要工序设计 (15)3.5.1选择加工设备和工艺装备 (15)3.6 确定切削用量及基本工时 (17)3.6.1曲轴主要加工表面的工序安排 (17)3.6.2确定工时定额 (17)3.6.3粗磨第一主轴颈和齿轮轴颈 (19)3.6.4精车二、三、五、主轴颈、油封轴颈、法兰 (19)3.6.5切槽 (20)3.6.6精车第三主轴颈及过渡圆角 (20)第4章夹具设计 (24)4.1 机床夹具的分类、基本组成和功用 (24)4.2发动机曲轴夹具的设计思路 (24)4.2.1形状复杂 (24)4.2.2刚性差 (24)4.2.3技术要求高 (25)4.3铣曲轴两端面打中心孔夹具 (25)4.3.1零件的工艺性分析： (25)4.3.2零件机械加工工艺路线制定： (25)4.3.3夹具结构方案确定 (27)4.3.4其它装置和夹具体确定 (29)4.3.5定位误差分析计算 (31)4.3.6夹具结构及操作介绍 (33)4.3.7本设计的主要优缺点 (34)总结....................................................................................................................错误!未定义书签。
汽车发动机设计规范
汽车发动机设计规范近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车发动机逐渐成为众多车主选择汽车的重要因素之一。
汽车发动机的设计规范对于汽车的性能、可靠性和环境友好性具有重要影响。
本文将从发动机的结构设计、燃烧过程、冷却系统以及排放控制等方面，详细阐述汽车发动机设计的规范。
一、发动机结构设计规范1.缸体设计在缸体设计中，应遵循以下规范：- 缸体材料的选择应考虑到承受高温、高压和振动的能力，同时具备良好的热膨胀性能和强度。
- 缸体的几何形状应考虑到减小惯性质量和提高散热能力。
- 缸体应具有足够的刚性和密封性能，以避免汽缸之间的漏气问题。
2.曲轴设计在曲轴设计中，应遵循以下规范：- 曲轴材料的选择应具备高强度、高疲劳寿命和低重量的特点。
- 曲轴的几何形状应尽可能减小轴向和径向力矩，并提高刚度，以实现更高的转速和扭矩输出。
- 曲轴上的各个连接部件应具备良好的连接可靠性和强度。
3.活塞设计在活塞设计中，应遵循以下规范：- 活塞的材料应具备高温强度、低热膨胀和低重量的特点。
- 活塞的几何形状应考虑到降低振动和噪音，并提高密封性能和热传导性能。
- 活塞上的油膜应具备良好的润滑性能和热控制功能。
二、燃烧过程设计规范1.点火系统设计在点火系统设计中，应遵循以下规范：- 点火系统的可靠性和稳定性应得到保证，以确保正常的燃烧过程。
- 点火系统应具备适应不同工况要求的能力，包括低温启动、高速点火和高压点火等。
- 点火系统的设计应考虑到节能环保要求，避免过度富油和过度排放的问题。
2.燃油系统设计在燃油系统设计中，应遵循以下规范：- 燃油系统的设计应考虑燃油的喷射、混合和燃烧等过程，以实现高效能的燃烧。
- 燃油系统应具备稳定的燃油供给能力，以适应不同工况的要求。
- 燃油系统应具备良好的节能环保性能，包括燃油的供应效率和排放控制等。
三、冷却系统设计规范1.冷却剂选择在冷却剂选择中，应遵循以下规范：- 冷却剂应具备良好的热传导性能和抗腐蚀性能。
举例说明轴结构设计的要点
举例说明轴结构设计的要点一、介绍轴结构设计的背景和意义轴是机械传动中的重要部件，其结构设计直接影响到机械性能和使用寿命。
因此，轴结构设计是机械设计中非常重要的一个环节。
合理的轴结构设计可以提高机械设备的工作效率和使用寿命，降低维修成本和故障率。
二、轴结构设计的要点1. 轴的材料选择轴的材料应该具有良好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
在选择材料时，还需要考虑到生产成本和可靠性等因素。
2. 轴径和长度确定轴径和长度是根据承载力、转速、工作条件等因素来确定的。
一般来说，轴径越大，承载能力越强，但也会增加制造成本；而轴长度则需要根据具体情况进行合理设置。
3. 轴承选型与布局在进行轴结构设计时，需要根据承载能力及转速等因素来选择合适的轴承类型，并进行合理布局。
同时还需要注意保证轴承的润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理轴的表面处理对于其使用寿命和性能有着重要的影响。
常用的表面处理方法包括镀铬、氮化、热处理等。
选择合适的表面处理方法可以提高轴的耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制在进行轴结构设计时，需要根据实际情况合理设置轴尺寸公差，以保证轴件之间的配合精度。
过大或过小的公差都会影响到机械设备的工作效率和使用寿命。
6. 轴与其他部件配合设计在进行轴结构设计时，还需要考虑到与其他部件之间的配合关系。
例如，轴与齿轮之间需要保证精准配合，以确保传动效率和稳定性。
三、举例说明以汽车发动机曲轴为例，其结构设计要点包括：1. 材料选择：一般采用高强度铸钢或锻造钢材料。
2. 轴径和长度确定：根据发动机功率、转速等因素来确定曲轴直径和长度。
3. 轴承选型与布局：曲轴采用滚动轴承，需要合理布局以保证润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理：曲轴表面经过淬火、磨削等处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制：曲轴尺寸公差需要控制在合理范围内，以确保与其他部件的精准配合。
6. 轴与其他部件配合设计：曲轴与连杆、齿轮等部件之间需要进行精准配合设计，以确保发动机传动效率和稳定性。
发动机曲轴结构设计
曲轴的结构曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。
同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。
曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图所示。
一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
图主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。
主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。
曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处常设置平衡重。
平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。
曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。
直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。
为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。
曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。
多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。
此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。
曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。
同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。
工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。
同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好【20】。
（整理）曲轴1.
（整理）曲轴1.第五章曲轴飞轮组设计曲轴是发动机中最重要的机件之⼀。
它的尺⼨参数在很⼤程度上不仅影响着发动机的整体尺⼨和重量，⽽且也在很⼤程度上影响着发动机的可靠性与寿命。
曲轴的破坏事故可能引起发动机其它零件的严重损坏，在发动机的结构改进中，曲轴的改进也占有重要地位。
随着内燃机的发展与强化，使曲轴的⼯作条件愈加苛刻。
因此，曲轴的强度和刚度问题就变得更加严重，在设计曲铀时必须正确选择曲轴的尺⼨参数、结构型式、材料与⼯艺，以求获得最经济最合理的效果。
第⼀节曲轴的⼯作条件、结构型式和材料的选择⼀、曲轴的⼯作条件和设计要求曲赖是在不断周期性变化的⽓体压⼒、往复和旋转运动质量的惯性⼒以及它们的⼒矩(扭矩和弯矩)共同作⽤下⼯作的，使曲轴既扭转⼜弯曲，产⽣疲劳应⼒状态。
实践局理论表明，对于各种曲轴，弯曲载荷具有决定性意义，⽽扭转载荷仅占次要地位(不包括因扭转振动⽽产⽣的扭转疲劳破坏，由于⽬前多缸发动机曲轴普遍采⽤减振措施，这种情形很少发⽣)。
曲轴破坏的统计分析表明，80％左右是由弯曲疲劳产⽣的。
因此，曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。
曲轴形状复杂、应⼒集中现象相当严重，特别在曲柄⾄轴颈的圆⾓过渡区、润滑油孔附近以及加⼯粗糙的部位应⼒集中现象尤为突出。
图5—1为曲轴应⼒集中⽰意图，疲劳裂纹的发源地⼏乎全部产⽣于应⼒集中最严重的过渡圆⾓和油孔处。
图5—2表明曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏的情况。
弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表⾯的圆⾓处发展到曲柄上，基本上成45。
折断曲柄；扭转疲劳破坏通常是从机械加⼯不良的油孔边缘开始，约成45。
剪断曲柯悄c所以在设计曲轴时要使它具有⾜够的疲劳强度，特别要注意强化应⼒集中部位，设法缓和应⼒集中现象，也就是采⽤局部强化的⽅法来解决曲轴强度不⾜的⽭盾。
’曲轴各轴颈在很⾼的⽐压下，以很⼤的相对速度在轴承中发⽣滑动摩擦。
这些轴承杯实际变⼯况运转条件下并不总能保证液体恩德，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表⾯道到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际使⽤寿命⼤⼤降低。
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主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。
曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。
曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。
曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
曲轴弯曲疲劳破坏通常是在柴油机经过较长时间运转之后发生。因为长时间运转后柴油机的各道主轴承磨损不均匀，使曲轴轴线弯曲变形，曲轴回转时产生过大的附加交变弯曲应力。此外，曲轴的曲柄臂、曲柄箱或轴承支座(机座)等的刚性不足，柴油机短时间运转后，也会使曲轴产生弯曲疲劳破坏。
2.2.2 扭转疲劳裂纹
曲轴在扭转力矩作用下产生交变的扭转应力，存在扭振时还会产生附加交变扭转应力，严重时会引起曲轴的扭转疲劳破坏。
生产中，曲轴的弯曲疲劳破坏远远多于钮转疲劳破坏。其主要原因是由于曲轴弯曲应力集中系数大于扭转应力集中系数，曲轴的弯曲应力难于精确计算和控制。柴油机运转中，曲轴的各道主轴承磨损是很难掌握和计算的，由它所引起的曲轴变形和附加弯曲应力也就难于讨算和控制了。相反，曲轴的扭转应力可以通过计算准确掌握，并可采取有效的减振措施予以平衡，只要避免柴油机在临界转速运转和扭转应力过载，曲轴的扭转疲劳破坏就会得以控制【25】。
2.1 曲轴的结构
曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。
曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图1.1所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
2.3 曲轴的设计要求
根据上述曲轴的损坏形式及其原因，且为避免这些损坏，曲轴在设计过程中应尽量满足以下的要求：
1.具有足够的疲劳强度，以保证曲轴工作可靠。尽量减小应力集中，加强薄弱环节；
2.具有足够的弯曲和扭转刚度，使曲轴变形不致过大，以免恶化活塞连杆组及轴承的工作条件；
3.轴颈就有良好的耐磨性，保证曲轴和轴承有足够的寿命；
曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好【20】。
扭转疲劳裂纹一般发生在曲轴上应力集中严重的油孔或过渡圆角处，并在轴颈上沿着与轴线成45°角的两个方向扩展。这是因为轴颈的抗扭截面模数较曲柄臂的小，所以扭转疲劳裂纹多自过渡圆角向轴颈扩展，而很少向曲柄臂扩展。但若同时存在较强的弯曲应力，则裂纹也可自圆角向曲柄臂扩展，造成曲柄臂弯曲断裂。
通常扭转疲劳裂纹发生在曲辆扭振节点附近的曲柄上。发生扭砖疲劳裂纹的时间一般是在柴油机运转初期和曲轴的临界转速位于工作转速范围内时。扭转疲劳断裂的断面与轴线相交成45°角，断面上的裂纹线近似螺旋线【22】【23】。
4.曲柄的排列应合理，以保证柴油机工作均匀，曲轴平衡性良好，以减少振动和主轴承最大负荷；
5.材料选择适方式一般有两种，一种是全支承曲轴，其曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。这种支承，曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。另一种是非全支承曲轴。其曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式【27】。
图2.1 1-弯曲疲劳裂纹 2-扭转疲劳裂纹
2.2.1 弯曲疲劳裂纹
曲轴的弯曲疲劳裂纹一般发生在主轴颈或曲柄销颈与曲柄臂连接的过渡圆角处，或逐渐扩展成横断曲柄臂的裂纹，或形成垂直轴线的裂纹。弯曲疲劳试验表明，过渡圆角处的最大应力出现在曲柄臂中心对称线下方。应力沿曲轴长度方向的分布是在中间的和端部的曲柄有较大的弯曲应力峰值。因此，曲轴弯曲疲劳裂纹常发生在曲轴的中间或两端的曲柄上。
2.2 曲轴的疲劳损坏形式
曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产生裂纹的交变应力的性质不同，主要有以下三种疲劳裂纹:弯曲疲劳裂纹、扭转疲劳裂纹和弯曲一扭转疲劳裂纹【21】，如图2.1所示。
2.2.3 弯曲--扭转疲劳裂纹
曲轴的疲劳破坏还可能是由于弯曲与扭转共同作用造成。常常由于主轴承不均匀磨损造成曲轴上产生弯曲疲劳裂纹，继而在弯曲与扭转的共同作用下使裂纹扩展、断裂，最后断裂面与轴线成45°角。断面上自疲劳源起约2/3的面积为贝纹区，呈暗褐色；剩余l/3的面积为最后断裂区，断面凹凸不平，晶粒明亮。圆形波纹状纹理是弯曲疲劳造成的，放射状纹理是扭转疲劳造成的，两种纹理交织成蛛网状。弯曲一扭转疲劳裂纹有时也呈以弯曲疲劳为主或以扭转疲劳为主的破坏形式。因此，在具体情况下，应根据断面上的纹理、裂纹方向和最后断裂区进行分析判断【24】。