汽车内燃机设计PPT课件(共17单元)第8章-汽车内燃机主要零部件设计

汽车内燃机设计第8章汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计(曲轴曲轴连杆连杆活塞活塞机体机体)汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile 教学目标：掌握汽车用汽、柴油机5C零件组的设计要求和典型结构，明确传统的强度、刚度、变形等计算方法的局限性和发展，分析各零件组的设计新技术、新结构、新趋势，掌握现代工程软件在汽车零部件设计中的应用。掌握汽、柴油机曲轴的设计方法，综合考虑内燃机的平衡、扭转振动等理论综合考虑曲轴设计。掌握有限元法在曲轴、活塞、连杆、缸体、缸盖设计中的应用，学习应用有限元软件进行强度分析、振动分析、热分析、液-固耦合分析等。教学目标汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile教学目标：应至少熟练掌握一款CAD软件，如Pro/E、UG、CATIA，会建立零部件CAD模型，在此基础上，初步认识和掌握通用有限元软件，如ANSYS，学习利用专业内燃机软件，如AVL EXCITE进行建模与计算。教学目标汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile8.1 曲轴飞轮组设计曲轴飞轮组设计8.1.18.1.1曲轴的工作条件和设计要求曲轴的工作条件和设计要求8.1.8.1.2 2 曲轴的结构设计曲轴的结构设计8.1.8.1.3 3曲轴的疲劳强度校核曲轴的疲劳强度校核8.1.8.1.4 4 提高曲轴疲劳强度的结构措提高曲轴疲劳强度的结构措 施和工艺措施施和工艺措施8.1.8.1.5 5 飞轮的设计飞轮的设计汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile8.1 曲轴飞轮组设计曲轴飞轮组设计一、工作条件、设计要求 工作条件：工作条件：周期变化的力、力矩共同作用，即受弯曲又受扭转，承受交变疲劳周期变化的力、力矩共同作用，即受弯曲又受扭转，承受交变疲劳载荷，重点是弯曲载荷。曲轴的破坏载荷，重点是弯曲载荷。曲轴的破坏80是弯曲疲劳破坏。是弯曲疲劳破坏。形状复杂，应力集中严重。形状复杂，应力集中严重。轴径比压大，摩擦磨损严重。轴径比压大，摩擦磨损严重。设计要求：设计要求：有足够的耐疲劳强度有足够的耐疲劳强度有足够的承压面积，轴颈表面要耐磨有足够的承压面积，轴颈表面要耐磨尽量减少应力集中尽量减少应力集中刚度要好，变形小，否则恶化其它零件的工作条件。刚度要好，变形小，否则恶化其它零件的工作条件。二、材料二、材料要根据用途和强化程度，正确选用：要根据用途和强化程度，正确选用：中碳钢（中碳钢（35，40，45），合金钢，球墨铸铁），合金钢，球墨铸铁8.1.18.1.1曲轴的工作条件和设计要求曲轴的工作条件和设计要求汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile图图8-1 曲曲轴轴的的应应力力集中集中图图8-2 曲曲轴轴的疲的疲劳劳破坏形式破坏形式a)弯曲疲弯曲疲劳劳破坏破坏 b)扭扭转转疲疲劳劳破坏破坏本章开始汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile长度决定于缸心距长度决定于缸心距L0、缸径、缸径D 一、曲柄销一、曲柄销D2 和和L2 趋势：D2 ，L2 优点：L2 一定时，D2增加，比压下降，耐磨性提高。D2增加，弯曲刚度增加，扭转刚度增加。L2下降，纵向尺寸下降，刚度提高。从润滑理论来讲，希望 提高D2 受到两个限制：D2增加导致离心力增加，转动惯量增加受到连杆大头及剖分面形式影响，一般 承压面积，一般，汽油机偏下。8.1.8.1.2 2 曲轴的结构设计曲轴的结构设计汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile二、主轴颈二、主轴颈 D1，L1 从等刚度出发，D1D2；从等强度出发，D1D2 原因：D1增加，可以提高曲轴刚度，增加了曲柄刚度，不增加离心力。D1增加，可增加扭转刚度，固有频率，转动惯量 I 不多。但是，D1增加，圆周速度 ，摩擦损失 ，油温。一般 三、曲柄三、曲柄 整体式曲轴中最薄弱的环节。横截面的抗弯模数为 h ，圆角处应力集中 ；多数采用椭圆形曲柄 本章开始汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile图图8-3 某直列六缸柴油机的曲轴某直列六缸柴油机的曲轴汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile图图8-4 8-4 曲柄形状及对曲轴疲劳强度的影响曲柄形状及对曲轴疲劳强度的影响细节细节1 1：曲柄形状曲柄形状细节细节2 2：平衡重平衡重汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile细节细节3 3 油道设计及油孔位置油道设计及油孔位置细节细节4 4 曲轴设计基准的确定曲轴设计基准的确定1）粗基准的选择）粗基准的选择2）精基准的选择）精基准的选择汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile细节细节5 5 曲轴油封装置曲轴油封装置汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile一、曲轴的损坏形式和强度计算方法一、曲轴的损坏形式和强度计算方法 1.主要是弯曲疲劳破坏（80）和扭转疲劳破坏。2.现在绝大部分采用有限元方法，极少采用简支梁法。二、疲劳强度校核二、疲劳强度校核 曲轴圆角处和油孔处的应力集中严重，是校核的重点 8.1.8.1.3 3曲轴的疲劳强度校核曲轴的疲劳强度校核汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile曲柄受力及应力分布示意图 汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北汽车工业学院汽车工程学院HuBei Automotive Industries Institute Dep.of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobilef(x)fy(xy)fq(xq)设计强度使用应力应力强度干涉模型 可靠度 在应力与强度概率曲线相交的区域面积，视为发生破坏的概率 汽车内燃机设计汽车内燃机设计第第8章章 汽车内燃机主要零部件设计汽车内燃机主要零部件设计Hubei Automotive Industry Institu