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1、摘 要曲轴是汽油机最主要的部件之一。它的尺寸参数在很大程度上决定并影响着汽油机的整体尺寸和重量，汽油机的可靠性和寿命也在很大程度上取决于曲轴的强度。因此，设计新型汽油机或老产品进行改造时必须对曲轴强度进行严格的安全校核。本文主要介绍了汽油机的总体设计思想的确定以及曲轴飞轮组零件的设计过程。内容包括汽油机总体设计方案的选择，动力性指标的确定，曲轴飞轮零件图的绘制时的参数选择，包括曲轴及飞轮结构的设计，制造时所需注意的加工过程以及检验产品时强度校核等内容。本文还运用到了Pro/E三维软件制图对曲轴飞轮组所有零件进行三维建模：包括整体式曲轴（全支承），曲轴前端的正时齿轮、皮带轮、甩油盘等，扭转减振器
2、，飞轮及其齿圈等。对各组件进行虚拟电子装配。关键词：汽油机，曲轴，飞轮，Pro/EABSTRACTGasoline engine crankshaft is one of the main components. Its dimensions and influence largely determines the overall size and gasoline weight, reliability and life of gasoline also largely depends on the strength of the crankshaft. Thus, the strength
3、 of the crankshaft must be strict security check designing new or old gasoline engine when the product transformation. This paper describes the design process to determine and set of parts crankshaft flywheel gasoline overall design ideas. Including overall design choice gasoline, determining dynami
4、c indicators parameter selection draw when the crankshaft flywheel parts diagram, including the crankshaft and flywheel design of the structure, the required attention to the manufacturing process and the time to test the product strength check content. The article also apply to the Pro / E three-di
5、mensional mapping software on the crankshaft flywheel group all parts for three-dimensional modeling: including the overall crankshaft (full support), the front end of the crankshaft timing gears, pulleys, dumped oil pan, etc., torsional damper, flywheel and the ring gear and the like. Each virtual
6、electronic components for assembly. Keywords: Gasoline engine, Crankshaft, Flywheel, Pro/ E目录摘 要1ABSTRACT1第一章 绪论41.1 选题背景及意义41.2 国内外研究概况41.3 曲轴飞轮组概述51.3.1曲轴61.3.2曲轴扭转减振器61.3.3飞轮6第二章 总体设计方案82.1汽油机设计要求82.2汽油机的主要参数82.2.1 参数要求82.3.2 参数选定9第三章 曲轴设计103.1 曲轴设计要求103.2 曲轴结构设计103.2.1支承方式的选择103.2.2 结构型式的选择103.2
7、.3 曲轴的轴向定位113.2.4曲轴端部结构设计113.2.5 润滑油道布置123.3 曲轴主要尺寸的确定133.3.1 曲柄销的直径和长度133.3.2 主轴颈的直径和长度143.3.3 曲柄臂143.3.4 曲轴圆角153.4 曲轴材料选择及毛坯制造153.5 曲轴的平衡153.5.1曲轴的平衡性分析153.5.1 曲轴平衡块的布置方式173.6 曲轴疲劳强度校核183.6.1 疲劳强度计算183.6.2 提高曲轴疲劳强度的结构措施233.6.3提高曲轴疲劳强度的工艺措施24第四章 飞轮设计与计算264.1飞轮的作用264.2飞轮的设计与计算26第五章 其他附件的设计295.1 主轴承的
8、设计295.1.1主轴承的工作条件295.1.2 轴承材料选定305.1.3 轴瓦结构设计与主要尺寸的确定305.2 曲轴扭转减振器31参考文献33结 论34致 谢35了解详细图纸 可加扣 1304139763第一章 绪论1.1 选题背景及意义近年来随着社会的发展，农业经济体制和规模发生了很大改变，交通运输以及城乡物流业的迅速发展，使中小功率汽油机销量持续上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，汽油机的扭矩大，最大功率时的转速低，因此，汽油机在配套使用中将更进一步显示出其优越性。到目前为止，汽油机也已成为一种排放清洁、
9、节省能源的动力。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销量的40%多，美国市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国农用车行业内外环境，包括社会认识、市场供求关系、产品和制造技术，都发生了许多新的变化。农用车是我国一个特色的运输车品种，其投资少、运输能力强、产出大，正好满足建设节约型社会、提高资源使用效率的需求，从整个国家来讲，具有长远的战略意义。目前我国中东部地区对农用车仍然大量需要，并且西部经济有待进一步发展的地区随着发展农民收入的增加，潜在的市场非常大，农村运输工具的不足带动了轻型和低速载货汽车的发展，而汽油机车的经济性拉动了轻型汽油汽车的迅速发展，以及在农村经济发展和国家政策的调整潮流下，国内小型农
10、用工程机械市场前景非常好，产销量迅趋火爆，发展前景广阔。1.2 国内外研究概况曲轴是在不断变化的气体压力、往复和旋转惯性力以及它们的力矩（转矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既受扭转又受弯曲，产生疲劳应力状态。设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲和扭转强度。曲轴各轴颈在很高的比压下以很大的相对速度在轴承中相对滑动，由于曲轴运转工况变化剧烈，有时不能保证液体润滑，使曲轴寿命大大降低。所以设计曲轴时要使其摩擦表面耐磨。目前，美国、德国、日本等汽车工业发达国家都正致力于开发绿色环保高性能发动机，传统的曲轴材料和制造工艺已无法满足其功能要求。这些汽车工业发达国家对曲轴加工十分重视，并不断改进曲轴加工工
11、艺。而国内目前在曲轴材料、加工技术等方面十分落后，但随着中国加入WTO国内一些曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，为了提高产品竞争力，引进了许多先进的设备和技术，使国内的曲轴生产水平有了很大的提高，但总体上仍落后于日本和西方发达国家。 1）材料 曲轴材料有三种：中碳钢、合金钢和球墨铸铁。由于球墨铸铁切削性能良好，可获得较理想的结构形状。并且和钢质曲轴一样可采用各种热处理和表面强化处理来提高抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，因此在国内外得到了泛的应用。本次设计的汽油机就采用球墨铸铁作为曲轴的材料。 2）机械加工技术 目前国内的曲轴生产厂家多采用普通机床加工
12、，生产效率和自动化程度较低。国外一些发达国家早已采用专用机床组成的自动化生产线，生产效率和产品质量大大提高。本次设计的汽油机曲轴将采用专用机床来提高生产效率和产品质量。 3）热处理和表面强化处理技术，曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般采用感应淬火或氮化工艺。国外一些球墨铸铁曲轴采用滚压工艺与离子氮化进行复合强化，可使整个曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。本次设计的汽油机曲轴将采用圆角滚压强化的氮化处理来提高曲轴的抗疲劳强度。 飞轮的作用是调节曲轴转速变化，稳定转速。飞轮的关键尺寸是外径，对于灰铸铁飞轮，圆周速度不要超过3550m/s否则容易造成由于离心力过大，材料的抗拉不足而
13、使飞轮损坏及材料碎裂飞出的事故。本次设计的汽油机飞轮采用灰铸铁材料。1.3 曲轴飞轮组概述曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮、正时齿轮(或链条)等组成。如图2-42所示是曲轴飞轮组的总体结构。1.3.1曲轴曲轴是承受连杆传来的力，并将其转变为扭矩，然后通过飞轮输出，另外，还用来驱动发动机的配气机构及其他辅助装置(如发电机、风扇、水泵、转向油泵等)。在发动机工作中，曲轴承受周期性变化的气体压力、旋转质量的离心力和往复惯性力以及它们的力矩的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，产生疲劳应力状态。为了保证工作可靠，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要求耐磨而且润滑良好，还必须有很
14、高的动平衡要求。1.3.2曲轴扭转减振器在发动机工作过程中，连杆作用在曲轴上的力呈周期性变化。这样就会使质量较小的曲拐相对于质量较大的飞轮有扭转摆动(曲拐转速较飞轮转速忽快忽慢)，这就是曲轴的扭转振动。当这种扭转振动的自振率频与连杆传来的呈周期性变化的激振频率成整数倍关系时，曲轴便会产生共振。这种现象既损失发动机的功率，也会破坏曲轴和装在上面的驱动齿轮、链轮、链条等附件，严重时甚致将曲轴扭断。为消除这种现象，曲轴前端装有扭转减振器1.3.3飞轮飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点。保证
15、曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，此外，飞轮又往往用作摩擦式离合器的驱动件。第二章 总体设计方案2.1汽油机设计要求汽油机设计是一项复杂的工作，它的许多零件是在经受高温，高应力和剧烈磨擦的苛刻条件下工作的。因此，我们在设计的时候，首先要根据实际需要来确定设计的目的和要求。（1）功率和转速 作为动力机械，使用者对汽油机第一位的要求是应该能够在规定转速下发出所要求的功率。转速和功率的具体数值是根据用途来确定的，它在设计中一般会给出，要求设计者能够按要求设计产品。（2）汽油机的经济性 汽油机的经济性包括：汽油机的使用价值应该尽量大，而为使用汽油机所必须付出的代价应尽量小。（3）高的工作可靠性和足够的使用寿命。（4）汽油机外廓尺寸的紧凑和质量 在许多中动力装置中，为了能有更多的有用空间，希望汽油机本身占用的空间缩至最小，即要求汽油机的设计紧凑，空间占用小，汽油机的质量就小，质量小是我们追求的目标。质量小在某种程度上表明所耗用的金属质量少。（5）汽油机设计的三化问题 所谓三化，指产品系列化，零部件的通用化和设计的标准化。（6）汽油机的可靠性及其它 工作
