基于柴油机结构的优化设计探究

摘 要：动力输出机构和皮带张紧轮机构是柴油机的重要部件，对于柴油机的安全稳定运动，起到至关重要的作用。文章通过两项专利技术，阐述了动力输出机构和皮带张紧轮机构的优化设计，解决柴油机飞轮端皮带轮输出动力存在的缺陷，提高皮带装配和维修效率。

关键词：柴油机；皮带张紧轮机构；结构优化；设计

前言

随着机械现代化的不断推进，提高机械高速化、轻量化发展进程，对柴油机结构的安全稳定，有了更好要求。在柴油机结构中，动力输出机构和皮带张紧轮机构是两大重要部分，其结构的优化设计，对已提高柴油机的安全稳定运行，具有重要的意义。因此，立足柴油机的发展需求，紧扣柴油机实际运行中存在的问题与不足，通过专利技术发明，实现对柴油机的机构优化，以更好地适应农业现代化发展的需求。文章通过对专利技术的阐述，具体说明柴油机在动力输出机构和皮带张紧轮机构中的优化设计。

1 动力输出机构的优化设计

我国现有的以柴油机为动力的自走式两行玉米收割机，其收割机构的动力来源于柴油机飞轮端皮带轮输出的动力。普通的动力输出结构模式是在飞轮上安装皮带轮，由皮带轮通过皮带输出动力，这样的动力输出结构模式将皮带轮承载的径向力直接通过飞轮传递到柴油机的曲轴上，容易造成轴瓦偏磨、曲轴断裂等故障发生。另外由于皮带轮与飞轮同轴安装在曲轴上，飞轮壳后端为敞开式，灰尘、泥水、沙石等会直接进入，影响起动电机与飞轮齿圈的起动啮合，降低起动机使用寿命。因此，在对传统动力输出机构的优化设计中，关键要解决解决柴油机飞轮端皮带轮输出动力存在的缺陷。如图1所示，是基于实际缺陷所设计的一种用于柴油机的动力输出机构。

由图1可以知用于柴油机的动力输出机构包括飞轮3和飞轮壳2，飞轮壳2安装在曲轴1的输出端上，且飞轮壳2罩设在飞轮3上。还包括输出短轴5，输出短轴5上设有法兰盘，法兰盘一侧的输出短轴5上安装有飞轮3，且飞轮3通过螺钉连接着法兰盘，飞轮3还通过螺钉连接着曲轴1的端面；飞轮3一侧的输出短轴5的轴端配合位于曲轴1输出端的轴孔内，即输出短轴5以曲轴的轴孔定位。法兰盘另一侧的输出短轴5上通过轴承6安装有盘状的支撑座4。支撑座4的圆周上均布开设有十二安装孔，支撑座4的中部镂空，其轴向截面呈喇叭状。支撑座4与法兰盘之间的输出短轴5上设有凸环状的轴肩，支撑座4外侧的输出短轴5为锥度小于5的圆锥轴，皮带轮7通过内圆锥孔与输出短轴5的锥面配合连接，皮带轮7为多槽皮带轮。与皮带轮7对应的输出短轴5的端部轴向配合安装有压紧螺栓9，压紧螺栓9上套设有压紧垫圈8。飞轮壳的圆周上均布开设有十二个螺纹，且与支撑座的圆周上的十二个安装孔对应，并通过十二螺钉使飞轮壳2和支撑座4固定连接。

工作时，柴油机经曲轴1、飞轮3产生的动力，由曲轴1输出端安装的动力输出机构输出动力，皮带轮7在输出动力时所承载的径向力通过输出短轴5轴承6支撑座4飞轮壳2传递至发动机的机体10，有效地解决由皮带轮输出承载径向力对曲轴、轴瓦造成断轴、偏磨等故障，对飞轮、起动电机有保护作用。

2 皮带张紧轮机构的优化设计

在常规情况下柴油机水泵、发电机、曲轴外传动连接多为V型皮带传动，皮带为自张紧方式，一根皮带连接曲轴皮带轮-水皮带轮-发电机张紧轮，发电机围绕其下支点旋转实现自张紧皮带，由于人工撬起发电机，再锁另一支点，不足方面是对皮带张紧度的不能很好控制，尤其是柴油机水泵的齿轮室盖的之间各皮带轮间的空间位置狭小使得调节张紧皮带十分困难。如何能在有效的空间实现皮带张紧的问题一直是摆在设计人员的一个难题。

针对上述现有技术存在的不足，文章提供了如图2所示的结构优化设计。以齿轮室盖安装位置孔为支点固定机构，同时结合齿轮盖形状及装配位置结构特点，运用有限空间，能达到最大限度的张紧轮移动调节量；通过设计结构调节皮带张紧度的方法简单，便于装配和维修。

从图2可以知道，皮带张紧轮机构，包括张紧轮6、轴承、紧固螺母5、衬套4、张紧轮座1、调节螺杆2和张紧轮轴3。张紧轮6的轮缘周上设有V型环槽，张紧轮6的中心设有台阶轴承孔和挡圈槽；紧固螺母5的一端为六角头，另一端为定位轴9，且定位轴9的中心设有内螺纹孔。

张紧轮座1为三角板座与条形台的连接体，张紧轮座的材质为HT200材料。张紧轮座1的三角板座上设有安装孔。张紧轮座1的条形台设有凸台平面，条形体的一侧直角边与三角板座的一侧边交界，条形体的另一直角侧边的短边面为端头面，且端头面与凸台平面垂直。条形台凸台下平面与三角板座的底面共面。条形台凸台平面上设有一腰形孔，该腰形孔的长度向与条形台的长度向一致。条形台凸台下平面处沿腰形孔外轮廓周边上设有腰形台阶槽7。条形台的端头面上设有一通孔，且该通孔沿腰形孔长度向与腰形孔垂直相贯。张紧轮座为本发明的连接固定主支撑体。

调节螺杆2其两端为光杆轴，其中间段为螺纹杆轴，其一端头为六角头。

张紧轮轴3为阶梯轴，其头部为外螺纹轴，其尾部为轴台阶8，其中间段为光轴，且光轴的腰部设有螺纹孔。

张紧轮座1通过螺栓固定连接在齿轮室盖12上，张紧轮座1的三角板座的底面与齿轮室盖12上平面对应接触。张紧轮6通过紧固螺母5螺纹连接在张紧轮轴3上。张紧轮轴3通过调节螺杆2螺纹连接在张紧轮座1的腰形孔内。

张紧轮轴3尾部的轴台阶8对应设置在张紧轮座1的腰形台阶槽7内，张紧轮轴3光轴腰部的螺纹孔对应连接在调节螺杆2的螺纹杆轴上，调节螺杆2的两端光杆轴架设在张紧轮座1条形台端头面的通孔内。张紧轮轴3光轴上段套设在衬套4内，衬套4的底面与张紧轮座1条形台凸台上平面对应接触。张紧轮轴3的头部外螺纹轴与紧固螺母5螺纹连接，紧固螺母5的定位轴9配合连接于轴承的内圈，且紧固螺母5的六角头的下端面抵在轴承内圈的上端。轴承的外圈配合连接在张紧轮6的台阶轴承孔内，且通过孔用档圈抵在轴承外圈的上端。衬套4的上平面与轴承内圈的下端对应接触。通过调节螺栓2来调节张紧轮轴3沿腰形孔移动以达到张紧之目的。可以通过更换不同厚度的衬套以达到调节张紧轮6的V型环槽中心位置。紧固螺母5装配在张紧轮轴3上可压紧轴承内圈，以限定张紧轮6的轴向窜动。

3 结束语

通过对柴油机实际运行中的不足与问题，在对输出动力机构、皮带张紧轮机构的优化设计中，一方面对传统的结构模式进行优化，强调优化后机械机构的最优化；另一方面，立足农业机械化发展需求，通过机构优化，提高柴油机的实际应用价值，对于推动农业机械现代化发展，起到重要作用。

参考文献

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[2]李健.柴油机耐压排气管段材料优选及机构优化设计分析[J].船海工程，2014（03）.