复式内燃机中曲柄连杆机构的设计

【摘要】 在工作冲程中,曲柄连杆机构在高温高压气体的推动下,将活塞所作的直线运动转变为曲轴、飞轮的旋转运动,即把燃油燃烧所产生的热能转变为曲轴、飞轮旋转的机械能。

【关键词】 曲轴 飞轮 热能 机械能

Abstract:In the work, the crank rod system which drives by the high temperature and high pressure gas changes the linear motion of the pistons into the rotation motion of the crank-

shaft, flywheel, namely, the heat energy of fuel combustion is changed into the mechanical energy from the crankshaft, flywheel spinning.

1. 曲柄连杆机构的载荷计算

曲柄连杆机构运动见图如图所示。A点表示曲轴的旋转中心,B点表示连杆与曲柄的连接点,C点表示连杆与滑块的连接点,AB表示曲柄半径,BC表示连杆长度。

滑块受力分析:即又腔内传来的压力,作用于上面的外部载荷包括工作载荷Fg、导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生 的惯性力Fa。

1.1工作载荷:

F=P・S =0.98Mpa×3.14×0.01m2=30772N

=30KN

1.2导轨摩擦载荷:Ff =μ(G+FN)

其中,G――运动部件受重力;

FN ――外载荷作用于导轨上的正压力;

由设计参数,滑杆的体积

=3.14×0.0332 ×0.1=0.00034m3

由于铁的密度为,所以活塞杆的重力为:

查表可以得到, ,且FN=0,所以代入公式得:

1.3惯性载荷

惯性载荷的计算公式为

一般 所以惯性载荷为:

综上,所以总的载荷为:

2.曲轴主要参数的设计

2.1主轴颈的直径d0

其中,Pg为公称压力,单位为KN,由设计值Pg=30.8KN;代入, 取30mm。

2.2曲柄销直径dA

dA(1.1~1.4)d0,取为 35mm。

2.3轴颈长度

,取为40mm。

2.4支承轴长度l0

l0=(1.5~2.2) d0 ,取为45mm。

2.5圆角半径r

r=(0.08~0.10)d0 ,取为3mm。

2.6曲柄厚度s

s=(0.5~0.6)d0 ,取为15mm。

3.连杆的设计

连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴,从而推动曲轴作旋转运动。因此,其两端给安装一个轴承,分别连接活塞销于曲轴销。连杆于活塞连接的部分称为连杆小头,与曲轴销连接的部分称为连杆大头,中间的部分称为杆身。为了活塞销和轴承,连杆小头钻有集油孔或铣有油槽,用以收集发动机运转时被激涨起来的机油,以便。连杆杆身通常做成“工”字形断面,以保证在合适的刚度和强度下有最小的质量。连杆大头有剖分式和整体式两种。整体式连杆倒头相应的曲轴采用组合式曲轴,用轴承与曲柄销相连。连杆大头的内孔表面有很高的关洁度,以便与连杆轴瓦(或滚针轴承)紧密结合。

3.1连杆结构设计要点

3.1.1绝大多数情况下,小头总是采用滑动轴承的。

3.1.2设计连杆大头时,应在保证强度和刚度的条件下,尺寸尽量小,重量尽量轻。

3.1.3为了减少应力集中,连杆大头处各处形状都应圆滑。

3.1.4连杆小头不仅要具有足够的强度和刚度,同时还要考虑小头轴瓦的摩擦,磨损问题。

3.1.5连杆小头上应设有合适的油孔或油槽。

3.1.6要有足够的强度,保证其在脉动的活塞力的作用下,不会发生失效破坏。

3.1.7大小头和杆身要有足够的刚度,防止其承受拉压载荷时发生过大的变形。

4.轴承的选取

选用的是深沟球轴承6007,其参数为

C=31200,Co=22200.

根据受力分析,R=30800N,

因为Fa=0N,

所以R=30800N,A=0N,X1=0.56,R1 =17246

校核轴承寿命

其中,,对于深沟球轴承,C=3,

代入公式中,得

一般要求,

,所以符合使用条件。

5.曲柄连杆机构的功用

在工作冲程中,曲柄连杆机构在高温高压气体的推动下,将活塞所作的直线运动转变为曲轴、飞轮的旋转运动,即把燃油燃烧所产生的热能转变为曲轴、飞轮旋转的机械能。

进气冲程时,活塞向下止点移动吸入新鲜空气;压缩冲程结束时,曲柄连杆机构中的活塞、活塞环与缸体和缸盖组成燃烧室空间,使空气升压升温,提供燃油与空气混合燃烧的条件。

排气冲程时,活塞向上止点移动,将气缸内燃烧后的废气排入大气。在进气冲程、压缩冲程及排气冲程,曲柄连杆机构将曲轴和飞轮的惯性旋转运动转变为活塞的往复直线运动,以实现柴油机的工作循环。

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(作者单位:沈阳职业技术学院)