柴油机曲轴设计
单缸柴油机曲轴课程设计
单缸柴油机曲轴课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解单缸柴油机的结构组成，特别是曲轴的作用及其在发动机中的地位；2. 学生能够掌握曲轴的基本工作原理，包括转速与扭矩的转换关系；3. 学生能够描述曲轴的常见故障及其原因。
技能目标：1. 学生能够通过实际操作识别单缸柴油机的曲轴，并展示其工作原理；2. 学生能够运用所学的知识分析曲轴故障案例，提出合理的维修与保养建议；3. 学生能够设计简单的曲轴维修保养流程，并进行模拟操作。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机械工程领域的兴趣，特别是对柴油机这一传统工业产品的认识与尊重；2. 学生通过学习曲轴相关知识，增强对机械设备结构与功能的探索欲望，激发创新意识；3. 学生在学习过程中，培养团队合作精神，提高解决问题的能力和责任意识。
课程性质：本课程为实践性较强的技术学科课程，要求学生结合理论知识与实际操作，深入理解单缸柴油机曲轴的相关知识。
学生特点：考虑到学生年级特点，课程内容设计需兼顾知识性与趣味性，以激发学生的学习兴趣和动手操作的欲望。
教学要求：教学内容应紧密结合课本，通过实物展示、案例分析等教学方法，提高学生对曲轴知识的掌握与应用能力，同时注重培养学生的实践操作技能和解决问题的能力。
通过分解课程目标为具体的学习成果，为教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容1. 引入概念：介绍单缸柴油机的整体结构，强调曲轴在发动机工作过程中的关键作用。
相关教材章节：第一章《内燃机概述》2. 理论知识：详细讲解曲轴的构造、工作原理及其与发动机性能的关联。
相关教材章节：第二章《曲柄连杆机构》3. 实物教学：通过拆解与组装单缸柴油机模型，直观展示曲轴及其附属部件。
相关教材章节：第三章《发动机主要部件》4. 故障分析：分析曲轴常见故障类型及其原因，如磨损、断裂等。
相关教材章节：第五章《发动机常见故障与维修》5. 维修与保养：介绍曲轴的维修方法、保养技巧及注意事项。
毕业设计(论文)开题报告-柴油机曲轴设计
一、选题的依据及意义：曲轴是发动机对外输出动力的核心部件，是驱动车、船等运输工具的重要动力来源。
曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。
曲轴的工作情况是极其复杂的，它是在周期变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及它们的力矩作用下工作的，因此承受着扭转和弯曲的复杂应力。
曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，也是内燃机五大件（机体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆）中最难以保证加工质量的零件，发动机曲轴作为重要运动部件，同时因曲轴工况及其恶劣，因而对曲轴材料、曲轴尺寸精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求十分严格。
其中任何一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都有很大的影响。
因此世界各国对曲轴的加工都十分重视，不断地改进曲轴加工工艺，最大可能地提高曲轴寿命。
在大批量生产的条件下，传统工艺已不能满足当前设计和生产需求，在长时间、高速运转下，曲轴极容易过早出现失效或断裂，严重影响曲轴的寿命和整机可靠性。
曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳断裂，内燃机曲轴部分的结构形状和主要尺寸对内燃机曲轴的抗弯疲劳强度和扭转刚度有重要影响，因而在内燃机曲轴设计时，必须对内燃机的结构强度问题予以充分重视。
二、国内外研究现状及发展趋势：2.1 国内外曲轴加工技术的现状目前车用发动机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类。
由于球墨铸铁曲轴成本只有调资钢曲轴成本的三分之一左右，且球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度，硬度和耐磨性。
所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛的应用。
据统计资料显示，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此为，德国比利时等国家也已经大批量采用。
国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上采用球墨铸铁，而功率在160KW以上发动机曲轴多采用锻钢曲轴。
6108柴油机曲轴的优化设计毕业设计
6108柴油机曲轴的优化设计毕业设计1 绪论1.1柴油机的发展史和现状1.1.1柴油机的发展史德国狄赛尔（Rudolf Diesel）于1882年提出柴油机的工作原理，第一台四冲程柴油机在1896年制成。
一百多年来，柴油机技术的发展越来越全面，被应用的领域也越来越广泛。
大量的实验研究表明，柴油机是现在产业化应用动力机械中能量利用效率最高、热效率最高和最节能的机型。
柴油机广泛应用于发电、船舶动力、车辆动力、灌溉等领域，特别是在车辆动力方面，柴油机的优势最为明显。
车辆动力的“柴油化”趋势也越来越大。
日本、美国和欧洲100%的重型汽车用柴油机来提供动力。
欧洲33%的轿车和90%的商务车是柴油车。
美国有90%的商务车是柴油车。
而日本38%的商务车是柴油车，9.2%的轿车是柴油车。
随着技术的发展，柴油机将成为主流的车用动力。
柴油机越来越受欢迎是由于其相对于其他机型的优越性，其优越性主要有以下几点：1）大功率的柴油机，卓越的动力性能，压缩比通常为16至22，远高于汽油发动机的压缩比;汽油机功率一般为220千瓦，而通常柴油机功率为380KW，如果使用增压技术，柴油机功率可以得到进一步改善。
从燃烧的方式而言，柴油机燃料通过喷嘴直接喷入燃烧室内然后压缩点火燃烧，不会有提前点火爆燃异常燃烧;柴油机可燃混合物分层混合，这很容易实现稀薄燃烧和分层燃烧;部分负荷运行超过满载，并且没有进气节流损失，柴油机机的性能优于汽油机[1]。
2）柴油机的燃油经济性由于其燃烧方式不同使得它更优越。
一般汽油机的热效率为20～30%，但是柴油机的热效率却可以达到30～40%。
资料表明，以质量为0.8～1.5t 轿车的每百公里油耗为例：汽油机轿车约为5～8.2L，非直喷式柴油机轿车约为4.6～8L，直喷式柴油机轿车约为5～6L，柴油机轿车比汽油机轿车每百公里油耗低30%左右。
3）柴油机的耐久性好，工作可靠性强。
由于点火系统不复杂，避免了油和电路共存的麻烦。
内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算
内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算(共15页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《内燃机学》课程设计设计计算说明书题目6200柴油机曲轴设计学院专业班级姓名学号指导教师年月日目录1 动力计算 (1)初始条件 (1)曲柄连杆机构运动质量的确定 (1)P-φ示功图的求取 (2)往复惯性力P j（α）计算 (2)总作用力P（α）计算 (3)活塞侧推力P H（α）计算 (3)连杆力P C（α）计算 (4)法向力P N（α）计算 (5)切向力P T（α）计算 (6)∑T p计算 (7)总切向力)(α曲柄销负荷R B（α）计算 (8)准确性校核 (9)2 曲轴设计计算 (10)曲轴各部尺寸比例 (10)曲轴船规验算 (11)1 动力计算初始条件母型机参数：四冲程六缸、废气涡轮增压、不可逆式、直接喷射、压缩空气启动。
D=200mm S=270mmn=600r/min Ne=440kW增压压力P k =,压缩比ε=，机械效率ηm =,压缩复热指数n 1=,膨胀复热指数n 2=，Z 点利用系数ξz =，燃烧过量空气系数α=，中冷器出水温度t=250 ,原机配气定时：进气门开——上死点前60度进气门关——下死点后40度排气门开——下死点前40度排气门关——上死点后60度行程失效系数可取约。
连杆长L=540mm ，质量为，活塞组质量m=，连杆组质量分配比，单位曲柄不平衡质量m=。
曲柄连杆机构运动质量的确定将摆动的连杆用双质量系代替，一部分质量等价到做往复运动的活塞组中，另一部质量等价到做回转运动的曲柄组中，从而可以求出往复质量j m 和连杆组算到大端的质量B m 。
由于连杆尺寸并未确定，先按照母型机的连杆质量分配比。
0.347*35.760.347*34.7647.8217()j L m M m kg =+=+=0.653*0.653*34.7622.6983()B L m m kg ===上式中，M 表示活塞组质量，为连杆组质量分配比，L m 为连杆质量，质量单位都用kg 。
柴油机曲轴的加工工艺毕业设计方案改
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。
曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。
本次采用球墨铸铁QT600-2.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：曲轴主轴劲连杆劲数控加工。
一曲轴的基础信息1.1曲轴的作用曲轴是汽车发动机中的重要零件，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。
曲轴在工作时，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，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。
1.2曲轴的结构及其特点图1-1 曲轴的结构图曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。
一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机>；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
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。
连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。
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，曲柄处铸有(或紧固有>平衡重块。
平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。
曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。
柴油机曲轴设计ppt资料
谢词
• 感谢童勇老师的指导和关怀 • 非常感谢同组同学在设计工作中给予的帮助、支持和鼓励 • 由衷感谢各位老师百忙中抽空参与答辩工作
曲轴X方向最大位移发生在第二连杆轴颈纵向对称面左侧, 结果如下图：
曲轴Y方向最大发生在第二连杆轴颈左端曲柄臂平衡块尾 部, 结果如下图：
曲轴Z方向最大位移发生在第二连杆轴颈上部，结果如下 图：
曲轴疲劳强度分析
• 经过计算，曲轴疲劳强度达到要求。
结论：
• 在通过VB程序，对490柴油机进行工作过程计算中得到相 关数据如下表： • 通过excel软件对490柴油机进行动力学分析得到，缸内最 大绝对压力为8.428115405，活塞最大速度为16.311，活 塞最大位移为0.99999596及其活塞位移、速度、加速度 曲线图。 • 曲轴的三维建模，强度校核，通过软件CATIA可知，曲轴 的许可绕度，L为曲轴两支承点的距离。计算可得，最大 挠度，所以曲轴的刚度满足设计要求。通过计算，曲轴疲 劳强度达到要求。
490柴油机பைடு நூலகம்轴设计
设计者：苏玉立 专业：热动（汽发） 学号：312009080501622 指导老师：童勇
设计的主要内容
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490柴油机工作过程计算 动力学分析 490柴油机曲轴基本设计 曲轴疲劳校核
1.490柴油机工作过程计算
根据VB编程计算结果如下
p v p v
经过VB程序计算，绘制图如下：
2.发动机动力学分析：
• 活塞位移图 • 活塞速度图 • 活塞加速度图
3.活塞的基本设计:
• 曲轴的结构形式； • 曲轴材料； • 曲轴主要尺寸确定和细节设计
4.曲轴疲劳强度校核
• 曲轴实体模型：
曲轴网格划分:
大型船用中速柴油机曲轴工艺设计
曲轴 淬火 机 床 上设 置 有 三 种 感 应 器 ，分 别 自动
重要因素 ，淬火冷却介质的浓度越 大，其冷却能力 越差 ， 相对淬火 硬度低 。淬火冷却介质 的冷却速 度
是 影 响淬火 质 量 的决 定 性 因素 ，为 保 证 工 件 表 面 淬
对 曲轴 主 轴 颈 、曲 柄 销 和止 推 轴 承 两 侧 进 行 中频 淬 火 。淬 火机 床 的 感 应 器 独 立悬 挂 平衡 机 构 、数 控 浮
大型船用中速柴油机曲轴工艺设计
青 岛淄柴博 洋柴油机股份 有限公 司 （ 山东 ２ ６０ ） 邱前进 ６７ ０ 张严芳 丁 晓
曲轴 是 柴 油 机 用 于 传 递 功率 的关 键 零 部 件 ，在 大 型船用 柴 油机 曲轴 的长 径 比较 大 ，刚 性较 差 ，
柴 油机 的工 作 循 环 中， 曲轴 承 受周 期 性 不 断变 化 的 压力 、往 复运 动 的惯 性 力 、旋 转 质 量 的离 心 惯 性 力 及力 矩等 复杂 的交 变 载 荷 ，承受 拉 、压 、弯 和磨 损 ， 因此 要 求 曲轴 应 具 备 有 足 够 的强 度 、 刚 性 、韧 性 、
耐磨性 及 良好 的平衡性 。
尺 寸 、形位 公差 精 度 较 高 ，因此 加工 工 艺 比较 复 杂 。 柴 油 机 曲 轴 有 ６ 缸 、 ８ 缸 两 种 ，６ 缸 曲 轴 长
４０５５ ｍ， ８．ｍ ８缸曲轴长 ５１ ．ｍ １ ５ ｍ，主轴颈 ｔ ９ｍ ５ ｈ ５ ｍ， ２
连杆 轴颈 ４ ８ ｍ ， ０ ｍ，材料 为 ￥ ４ Ｙ，轴 颈及 止 推 面淬 ２ ４Ｓ 火处 理 。图 １ 为某 船用 中速 柴油 机 ８缸 曲轴 的外形 。
（ ）连 杆 轴 颈 的 加 工 曲 轴 连 杆 轴 颈 的 加 工 ４ 在 双头 曲轴 车 床 上 完 成 ，根 据 车 床 的 结 构 和 曲 轴 加工 的要 求 ，设 计 了 曲 轴 车 床 专 用 夹 具 。该 夹 具
柴油机曲轴设计
1前言1.1柴油机与曲轴1.1.1柴油机的工作原理柴油机的每个工作循环都要经历进气、压缩、做功和排气四个过程。
四行程柴油机的工作过程：柴油机在进气冲程吸入纯空气，在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以雾状喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。
压缩终了时气缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，温度高达476.85℃～726.85℃，极大地超过柴油的自燃温度，因此柴油喷人气缸后，在很短的时间内即着火燃烧，燃气压力急剧达到6～9MPa，温度升高到1726.85℃～2226.85℃。
在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转做功。
废气同样经排气门、排气管等处排出。
四行程柴油机的每个工作循环均经过如下四个行程：（1）进气行程在这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生一定的真空度。
可燃混合气被吸人气缸内。
活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。
由于进气道的阻力，进气终了时气缸内的气体压力稍低于大气压，约为0.07～0.09MPa。
混合气进入气缸后，与气缸壁、活塞等高温机件接触，并与上一循环的高温残余废气相混合，所以温度上升到96.85℃～126.85℃。
（2）压缩行程进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。
曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。
活塞到上止点时，压缩行程结束。
压缩终了时鼓，混合气温度约为326.85℃～426.85℃，压力一般为0.6～1.2MPa。
（3）做功行程活塞带动曲轴转动,曲轴通过转动把扭矩输出。
（4）排气行程进气口关闭，排气口打开，排除废气。
由上可知，四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程作为辅助行程都是为作功行程创造条件的。
因此，单缸发动机工作不平稳。
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整体式曲轴和组合式曲轴
曲轴支承
• (a)全支承曲轴 全支承曲轴: 全支承曲轴 优点是曲轴刚性好 不易弯曲，缺点是缸心 曲轴刚性好， 优点是曲轴刚性好，不易弯曲，缺点是缸心 距加大，机体加长，制造成本增加。 距加大，机体加长，制造成本增加。柴油 机多用全支承曲轴 全支承曲轴。 机多用全支承曲轴。... • (b)非全支承曲轴 非全支承曲轴: 非全支承表面产生剩余压应力，抵消部 分工作拉伸应力，从而提高曲轴的疲劳强度。 • 2、圆角淬火强化：用热处理方法使金属发生组织 相变，体积膨胀而产生残余压应力，从而提高曲 轴疲劳强度。 • 3、喷丸强化处理：与滚压强化的道理一样，属于 冷作硬化变形。 • 4、氮化处理：使氮气渗入零件表面，金属体积增 大而产生挤压应力。
油道设计及油孔位置
曲轴前端与后端
• （1）作用： • 曲轴前端用来安装正时齿轮、皮带轮、 扭振减振器及起动爪等；后端有飞轮结合 盘(凸缘盘)，用来安装飞轮。 • （2）前后端的密封： • 曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑 油沿轴颈流出，在曲轴前后端都设有防漏 装置。
常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、 常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧 油封、回油螺纹等。 油封、回油螺纹等。
承受载荷较小 的汽油机可以 采用此种方式
曲轴主要尺寸参数
• dcp：曲柄销直径； lcp：曲柄销长度； • hcw：曲柄臂厚度；bcw：曲柄臂宽度 • dcj：主轴颈直径； lcj：主轴颈长度；
气缸中心距
• • • • L= lcp + lcj +2 hcw 它们存在一个合理分配的问题。 过渡圆角半径R对应力集中影响巨大。 各尺寸参数的统计值见下表：
三. 曲轴疲劳强度校核
• 曲轴破坏主要是弯曲疲劳破坏 • 现在曲轴强度计算绝大部分采用有限元计 算方法，且有很多现成的工程分析软件， 如ansys，pro/e，UG等。 • 有限元计算精度关键取决于如何处理曲轴 的位移约束条件、加载方式、网格划分等， 这需要详细了解曲轴的工作情况和受力状 况。 • 安全系数n≧1.5（钢）或1.8（球墨铸铁）
二. 曲轴结构设计
• 一、曲轴结构形式 • 1、整体式曲轴：具有工作可靠、重量轻、 刚度、强度较高、加工表面较少的特点， 中小型发动机中广泛采用。一般配合滑动 轴承（有的单缸机采用滚动轴承）。 • 2、组合式曲轴：当曲轴尺寸较大，曲拐数 较多时，采用整体式结构将导致加工非常 困难，可采用组合式结构。小型单缸发动 机也有采用。
曲轴的轴向定位
• （1） 结构： • 止推片：在某一道主轴承的两侧装止推片。 止推片由低碳钢背和减磨层组成。 • 翻边轴瓦： • （2） 安装注意：止推片有减磨层的一面 朝向转动件(有油槽一面)。当曲轴向前窜动 时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时， 前止推片承受轴向推力
曲拐的布置
（1）一般规律 ）
1.曲轴工作条件
• 1、受周期变化力和力矩作用，重点是弯曲 交变载荷（80％是弯曲疲劳破坏）； • 2、曲轴形状复杂，应力集中严重； • 3、曲轴轴颈比压大，摩擦磨损严重；
2.设计要求
• • • • 1、有足够的疲劳强度； 2、有足够的承压面积，轴颈表面要耐磨； 3、尽量减少应力集中； 4、刚度好，变形小。
四. 提高曲轴疲劳强度的措施
在载荷不变的条件下，要提高曲轴抗弯强度 就应设法降低应力集中；适当减小单拐中 间部分的弯曲刚度，使应力分布较为均匀。
结构措施
• 1、加大曲轴轴颈的重叠度 • 重叠度 A=(dcp+dcj)/2-r • 重叠度系数 φ =(dcp+dcj)/S • 2、加大轴颈附近的过渡圆角 • 过渡圆角的尺寸、形状、材料组织、表面加工质 量等对曲轴应力的影响十分明显。 • 3、采用空心曲轴 • 4、采用沉割圆角和开卸载槽
曲轴设计
一.曲轴设计概论 二. 曲轴结构设计 三. 曲轴疲劳强度校核 四. 提高曲轴疲劳强度的措施
一. 曲轴设计概论
• 曲轴的成本大约占整机成本的十分之一，为内燃 机中最贵的零件。 • 曲轴最常见的损坏原因是弯曲疲劳，所以保证曲 轴有足够的弯曲疲劳强度是曲轴设计的首要问题。 • 曲轴各轴颈的尺寸还应满足轴承承压能力和润滑 条件的要求。 • 中小功率高速内燃机几乎都用整体曲轴、全支承、 带有平衡块（无论整体是否平衡）。
曲轴全支承与非全支承
优点 提高曲轴的刚度和 弯曲强度， 弯曲强度，减轻主 轴承的载荷 缺点 曲轴的加工表 面增多， 面增多，主轴 承数增多，使 承数增多， 机体加长 应用
柴油机一般多 采用此种支撑 方式
全支承曲轴
缩短了曲轴的长度， 主轴承载荷较 缩短了曲轴的长度， 使发动机总体长度 大 非全支承曲轴 有所减小
3.常用材料
• 1、中碳钢：如45＃，绝大多数采用模段制造； 锻造后进行正火或调质处理，然后在各轴颈表面 实施感应加热表面淬火。钢曲轴也可以进行渗氮 处理，以提高疲劳强度。 • 2、合金钢：在强化程度较高的发动机中采用； • 3、球墨铸铁：在强度和刚度要求一定是，使用球 墨铸铁材料能减少制造成本，且其阻尼特性能减 小扭转振动的幅值。 • 在曲轴设计中，曲轴的结构、材料、工艺三因素 各自有独立规律，且相互影响。