直列四缸发动机曲轴
a n s y s分析
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有限元分析课程报告直列四缸发动机曲轴有限元分析
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1.引言
曲轴（如图1所示）是发动机中最重要、承载最复杂的零件之一。其造价约占一台发动机总价的20%-30%，它的使用寿命决定发动机的使用寿命。在工
作过程中，曲轴承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化载荷。这些扭转力矩和大小、方向不断变化的弯曲力，在曲轴内产生交变的弯曲及切应力，使曲轴发生疲劳破坏。同时，在周期性变化的载荷作用下，曲轴可能在发动机转速范围内发生共振，加速曲轴的疲劳破坏。
由于曲轴是发动机中典型的易损件之一，其强度和振动特性都会影响到整机的工作性能，因此对曲轴进行有限元分析，研究曲轴的应力和应变状态，了解其固有频率和模态振型，对于设计和优化曲轴结构有重要意义。
图1 曲轴实物图
曲轴的基本结构如图2所示，主要由前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重和后凸缘盘等部分构成，前端轴主要用来安装止推垫圈、启动抓和皮带轮等部件；曲柄用来连接主轴颈和连杆轴颈；平衡重的作用是平衡曲轴工作时产生的离心惯性力及其力矩；后凸缘盘用来安装飞轮等部件。
1 2 3 4 5 6
图2 曲轴基本结构
1-前端轴 2-主轴颈 3-平衡重 4-曲柄 5-连杆轴颈 6-后凸缘盘
2.曲轴有限元模型的建立
本文所研究曲轴为某直列四缸发动机整体式曲轴，含有5个主轴颈，4个
连杆轴颈、曲柄和平衡重。由于曲轴的具体尺寸参数设计较为复杂，本文不详细叙述。同时，由于曲轴结构复杂，利用有限元软件进行建模时很难保证与图纸上的曲轴结构完全一致，因此建模时必须简化模型。为了减少应力集中，曲
轴上不同截面的结合处都有半径不同的倒角，如果在建模时考虑这些倒角和油孔，则会使有限元的网格非常密集，大大增加了模型的单元数量且生成的网格形状也不理想，降低了求解精度。因此，建模时忽略了对分析结果影响较小的特征，如轴颈上的油孔和后凸缘盘上的环槽。现给出曲轴结构的主要设计尺寸如表1。
表1 曲轴结构设计尺寸
设计参数
主轴颈
长度主轴颈
直径
连杆轴颈
长度
连杆轴颈
直径
曲柄厚度
平衡重
厚度
尺寸/mm 35 80 40 66 25
平衡重的二维设计尺寸如图3所示。
图3 平衡重设计尺寸
考虑到在ANSYS中直接进行曲轴建模的复杂性，本文通过SolidWorks建立三维几何模型，并与ANSYS Workbench无缝连接，进行有限元分析。曲轴三维建模后如图4所示。
图4 曲轴三维实体图
本文中曲轴材料为QT-800，其基体组织为珠光体或索氏体，主要用于所受载荷较大、受力复杂的汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴等等场合。表2列出了QT-800的材料性能参数。
表2 QT-800材料参数
材料抗拉强度
/MPa
抗拉屈服强度
/MPa
硬度
/HBS
弹性模量/ 密度/ 泊松比
QT-800 ≥800 ≥480 245-355 7850 在workbench中设置曲轴材料参数如图5所示。
图5 曲轴材料参数
3.曲轴网格划分
有限元网格划分是将整体模型结构离散化,是数值分析的前提，也是至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。一个良好的网格划分，不但可以保证分析结果的精度，同时也能够大大降低后期处理的计算量。
本文中采用ANSYS 中自带的Mesh模块对曲轴进行网格划分。ANSYS 是一个单独的工具平台，为ANSYS的不同求解器提供相应的网格文件。自起，Workbench中可以直接划分网格（Direct Meshing）。直接划分网格最大的优点之一就是能单独地划分几何体的网格，而之前划分网格时只能整个模型同时一起划分，显然，直接控制网格划分具有更大的柔性。
确定物理场和网格划分法
在网格划分之前必须确定物理场的类型，Workbench中提供Mechanical、CFD、Electron-magnetics和Explicit四种物理场类型。由于本文对曲轴结构进行静力学和模态分析，因此选择Mechanical网格划分法求解静力学结构场。确定全局网格参数设置
全局网格设置通常用于整体网格划分的部署，包括网格尺寸函数size，边界层函数Inflation，平滑度函数Smooth等等。现设置全局网格具体参数见表3，如图6所示。
表3 全局网格参数
Relevance Center Element
Size
Smoothing Transition
Span Angle
Center
Coarse Default Medium Fast Coarse
图6 全局网格参数设置界面
确定局部网格参数设置
整个曲轴由5个主轴颈，4个连杆轴颈，4个曲柄和平衡重，1个前端轴和后凸缘盘。为了整体较好的网格划分结果，需要对整个模型进行分割，不同部分进行不同方法划分网格。
曲轴轴颈部分为一系列规则的圆柱体，采用Sweep Method划分法；曲柄、平衡重、前端轴和后凸缘盘形状较为不规则，采用Automatic Method划分法，即在四面体和扫掠型划分之间自动切换，当几何体不规则时，程序自动产生四面体。
由于曲柄、平衡重、后凸缘盘（含螺纹孔）和前端轴（含键槽）形状较为复杂，对这几处采用Body Sizing进行局部加密。
整体曲轴网格划分后如图7所示，共包含45121个单元，82631个单元节点。
图7 曲轴网格划分
网格质量检查
本文网格质量检查，采用Skewness（偏度）进行度量。Skewness基于归一化的角误差，适用于所有的面和单元形状，也适用于所有棱柱和棱锥，是最基本的网格质量检查项，其值位于0与1之间，0最好，1最差。度量等级详见表4。
表4 Skewness网格质量度量等级
极好很好好可接受坏不可接受网格划分后，网格质量如表5所示。网格划分质量分布如图8所示，整体网格质量较好，小于的单元个数为42775，不可接受单元个数为3，占总体‰,但可以发现网格质量较差处多位于连杆轴颈处，因此后续分析中可能会出现应
力奇异现象或者网格加密不收敛。因此对于此网格划分，需要进一步调整，使其连接处网格质量提高。
表5 网格质量
度量方法最小值最大值平均值标准差
Skewness
图8 网格质量分布图
调整网格划分
重新确定全局网格参数设置，采用高级尺寸函数(Advanced Sizing Function),此函数主要控制曲面在曲率较大的地方的网格。其中Proximity and Curvature函数采用曲率法确定细化边和曲面处的网格大小，同时又控制模型邻近区网格生成，对于窄薄处网格也有较好的划分效果。更改后全局网格具体参数如图9所示。
图9 更改后全局网格参数
由于先前网格划分在轴颈处网格质量较差，于是推测为sweep方法下六面体网格与四面体网格过渡过程中，出现较差质量的网格。因此，此次采用全四面体网格划分方法，如图10所示，最大单元尺寸为10mm。
图10 四面体划分方式
整体曲轴网格划分后如图11所示，共包含82408个单元，125538个单元节点。
图11 更改后曲轴网格划分
网格划分质量分布如图12所示，整体网格质量较之前明显改善，且网格质量较差处位于后凸缘盘边缘位置，此处不承受载荷，对后处理结果影响基本可以忽略。网格划分后，网格质量与前一次划分做比较，如表6所示。
图12 更改后网格质量分布图
表6 两次网格划分网格质量比较
划分方法度量方法最小值最大值平均值标准差
1 Skewness
2 Skewness
因此采用调整后的方法得到整个曲轴的网格划分。
4.曲轴强度分析
载荷工况
曲轴在工作过程中承受的载荷及边界条件有：主轴承支撑作用力、输出端反扭矩、平衡块离心力、曲柄和连杆轴颈的离心力、连杆对连杆轴颈的载荷等。
本文中直列四缸发动机点火顺序为1-3-4-2。当1、2、3、4缸分别点火时活塞和曲轴位置示意如图9、10所示。
图9 1、4缸点火示意图图10 2、3缸点火示意图对于直列四缸发动机，当活塞处于上止点位置时连杆轴颈载荷达到最大值，因此只需考虑各个气缸分别处于压缩终了，活塞在上止点位置时的受力状况即可。
本文中发动机的最大扭矩转速，最大功率。并以此计算工况。由发动机动力学计算得，在点火上止点附近，由于爆发压力与活塞和连杆惯性的作用使得连杆轴颈受最大载荷。
按动力学法计算载荷，并假设作用在轴颈上的载荷为分布载荷，且根据有限宽度轴颈油膜压力应力分布规律并忽略油孔处压力峰值突变的影响，采用以沿轴线均匀分布，沿圆周方向120°范围内呈余弦分布的载荷边界条件，如图11所示。
图11 连杆轴颈载荷边界条件
载荷及约束边界条件
转速条件
在Workbench中Static Structural中插入项Rotational Velocity，以主轴颈轴线为转轴，转速设为188rad/s（ramped），即，如图12所示。
图12 转动条件
连杆轴颈载荷
Workbench中自带了Bearing Load项，即轴承载荷。其径向分量将根据投影面积来分布压力载荷，轴向载荷分量沿着圆周均匀分布。由动力学计算可知，在点火上止点位置时，由于气体爆炸压力与惯性作用使得作用于连杆轴颈表面，方向沿径向指向转轴的最大载荷为；其他连杆轴颈主要受到连杆惯性力的作用，此时连杆轴颈所受最小载荷为。对于不同气缸点火，对应有不同的连杆轴颈载荷条件，图13为1缸点火连杆轴颈示意图。
图13 1缸点火连杆轴颈示意图
Workbench中可通过力矩/偶载荷(Moment)施加力矩/偶在任意实体表面，如果选择多个表面则力矩/偶将分摊在这些面上。发动机工作中，由曲轴后端传出扭矩，曲轴必然受到一定的扭转力，作用在曲轴前端轴和后凸缘盘上。根据公式，因此作用在曲轴上的最大扭矩可以近似为，如图14所示。
图14 扭矩载荷
支撑约束
Workbench中常用的支撑约束为Cylindrical，即圆柱面约束，可以施加在圆柱表面，并可以指定轴向、径向或者切向自由度的约束状况，但此约束通常仅适用于小变形（线性）分析。由于曲轴在实际工作中，变形量极小，因此可采用此种约束。本文所研究曲轴为某直列四缸发动机整体式曲轴，含有5个主轴颈，并通过轴瓦、轴承安装在发动机箱体内，因此5个主轴颈处可施加轴向和径向固定，切向自由的圆柱面约束，如图15所示。
图15 主轴颈支撑约束
有限元求解结果分析
对于主应力和主应变，根据力学基础理论，应力张量可以转成只显示法向应力的形式。这就是三个主应力，即，其值可以被指定，且三个主应力值带有
方向。常用于塑性材料的理论是最大等效应力和最大剪切应力。本文采用最大等效应力分析。
等效应力Equivalent（von-Mises），也称von-Mises应力，其定义为：总变形量Total Deformation，其定义为：
1缸点火结果分析
1缸点火时，曲轴的等效应力图和总变形量图分别如图16、17所示。其中，最大等效应力为，位于1缸连杆轴颈与曲柄、主轴颈与平衡重的连接处。最大的变形量为，位于连杆轴颈与平衡重的边缘处。
图16 等效应力图图17 总变形量图
2缸点火结果分析
2缸点火时，曲轴的等效应力图和总变形量图分别如图18、19所示。其中，最大等效应力为，位于2缸连杆轴颈与曲柄的连接处。最大的变形量为，位于连杆轴颈与平衡重的边缘处。
图18 等效应力图图19 总变形量图
3缸点火结果分析
3缸点火时，曲轴的等效应力图和总变形量图分别如图20、21所示。其中，最大等效应力为，位于2缸连杆轴颈与曲柄的连接处。最大的变形量为，位于连杆轴颈与平衡重的边缘处。
图20 等效应力图图21 总变形量图
4缸点火结果分析
4缸点火时，曲轴的等效应力图和总变形量图分别如图22、23所示。其中，最大等效应力为，位于2缸连杆轴颈与曲柄的连接处。最大的变形量为，位于连杆轴颈与平衡重的边缘处。
图22 等效应力图图23 总变形量图
加密收敛分析
分析上述四种情况得，2缸点火时，最大等效应力为，最大变形量为。因此为了，减少计算量，对2缸点火时，对曲轴加密网格划分，检查应力值与变形量是否稳定于一个值。
对于2缸连杆轴颈与曲柄进行局部加密，单元尺寸调整至最大6mm，加密后如图24所示。共包含177312个单元，260480个单元节点。单元质量分布图如图25所示。
图24 局部加密后网格划分图
图25 单元质量分布图
此时曲轴的等效应力图和总变形量图分别如图26、27所示。最大等效应力为，最大的变形量为。
图26 等效应力图图27 总变形量图加密后最大应力值从增大至，应力增幅约12%。最大的变形量从增大至，变形增幅约%。加密后，应力值仍处于未加密前的应力水平，最大变形量几乎未变，因此可以认为采用Workbench进行的曲轴静力学强度分析数据基本可靠。
根据材料属性可得，QT-800的屈服强度为480MPa，塑性较好，对于塑性材料安全系数一般选取，本文取安全系数为2，因此，该曲轴强度校核合格。
5.曲轴自由模态分析
振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法可以了解结构在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，从而进一步分析结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。
对曲轴进行模态分析，可以确定曲轴的固有频率和振型。计算获取各阶固频率和观察振型变形图，为曲轴避免共振设计提供参考。
模态分析一般分为自由模态分析和约束模态分析，自由模态分析及对模型不施加任何约束，而约束模态分析则需考虑结构所受的实际载荷，从而对模型添加合适的载荷约束，但如果约束施加不当，则可能造成固有频率的巨大偏差或者遗漏。因此，本文采用自由模态分析。
网格划分
网格划分仍采用先前调整后的网格划分法，即采用高级尺寸函数中的Proximity and Curvature函数进行全局设置，并采用全四面体的网格划分方法，最大网格尺寸为10mm。总体网格质量良好，满足模态分析要求。
约束条件
由于进行自由模态分析，对曲轴不施加任何约束。
参数设置
Workbench模态分析(Modal)中，程序可设定的模态数为1-200，默认值为6。频率范围为0Hz-1e+08Hz。此设定从工程应用角度看完全足够。
对于机械结构的共振问题，一般关心较低阶次的频率，且由于曲轴自由模态分析的前6阶频率仅反映刚体振动，因此共取12阶模态进行分析，设置如图28所示。
图28 模态分析设置参数
结果分析
曲轴的12阶自由模态频率图如图29所示。
图29 曲轴12阶自由模态频率图
由于曲轴的前6阶自由模态频率接近于零，为刚体模态，对于本次分析意义不大，因此将后6阶模态频率求解结果列入表7。
表7 曲轴非零模态频率及最大位移
1阶2阶3阶4阶5阶6阶
频率/Hz
位移/mm
非零模态频率振型图如图30—图35所示。需要注意的是，振型显示模式变形量的放大比例为:1。
图30 1阶振型
图31 2阶振型
图32 3阶振型
图33 4阶振型
图34 5阶振型
图35 6阶振型
曲轴1、3、4、6阶非零模态从振型图中可以看出，以弯曲变形为主，而2、5阶非零模态，对应的振型图可以看出，以弯曲扭转为主。
曲轴最低固有频率，1阶非零模态频率为。该发动机在转速为1800 r/min 时，基频为60Hz，远低于最低固有频率，避开了共振频率。
参考文献
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2.1 曲轴的结构 曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。 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，如图1.1所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 图1.1 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。 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，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等
于气缸数的一半。 曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。 曲轴的作用：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，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。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【20】。 2.2 曲轴的疲劳损坏形式 曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产生裂纹的交变应力的性质不同，主要有以下三种疲劳裂纹:弯曲疲劳裂纹、扭转疲劳裂纹和弯曲一扭转疲劳裂纹【21】，如图2.1所示。
汽车构造（发动机，底盘，车身，电气设备） 1. 发动机：发动机2大机构5大系：曲柄连杆机构；配气机构；燃料供给系；冷却系；润滑系；点火系；起动系。 2. 底盘：底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。 3. 车身：车身安装在底盘的车架上，用以驾驶员、旅客乘坐或装载货物。轿车、客车的车身一般是整体结构，货车车身一般是由驾驶室和货箱两部分组成。 4. 电气设备：电气设备由电源和用电设备两大部分组成。电源包括蓄电池和发电机；用电设备包括发动机的起动系、汽油机的点火系和其它用电装置。 性能参数 1. 整车装备质量（kg）：汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。 2. 最大总质量(kg)：汽车满载时的总质量。 3. 最大装载质量(kg)：汽车在道路上行驶时的最大装载质量。 4. 最大轴载质量（kg）：汽车单轴所承载的最大总质量。与道路通过性有关。 5. 车长(mm)：汽车长度方向两极端点间的距离。 6. 车宽(mm)：汽车宽度方向两极端点间的距离。 7. 车高(mm)：汽车最高点至地面间的距离。 8. 轴距(mm)：汽车前轴中心至后轴中心的距离。 9. 轮距(mm)：同一车轿左右轮胎胎面中心线间的距离。 10. 前悬(mm)：汽车最前端至前轴中心的距离。 11. 后悬(mm)：汽车最后端至后轴中心的距离。 12. 最小离地间隙(mm)：汽车满载时，最低点至地面的距离。 13. 接近角(°)：汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角。 14. 离去角(°)：汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角。 15. 转弯半径(mm)：汽车转向时，汽车外侧转向轮的中心平面在车辆支承平面上的轨迹圆半径。转向盘转到极限位置时的转弯半径为最小转弯半径。 16. 最高车速(km/h)：汽车在平直道路上行驶时能达到的最大速度。 17. 最大爬坡度(%)：汽车满载时的最大爬坡能力。 18. 平均燃料消耗量(L/100km)：汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量。 19. 车轮数和驱动轮数(n×m)：车轮数以轮毂数为计量依据，n代表汽车的车轮总数，m 代表驱动轮数。
目录 1 绪论 (1) 1.1 本课题的目的及意义 (1) 1.2 国外研究的现状与发展趋势 (1) 1.2.1 曲轴结构设计的发展 (1) 1.2.2 曲轴强度计算发展 (2) 1.3 有限元分析 (3) 2 1015柴油机曲轴结构设计 (4) 2.1 曲轴的结构 (4) 2.2 曲轴的疲劳损坏形式 (5) 2.2.1 弯曲疲劳裂纹 (6) 2.2.2 扭转疲劳裂纹 (6) 2.2.3 弯曲--扭转疲劳裂纹 (6) 2.3 曲轴的设计要求 (7) 2.4 曲轴的结构型式 (7) 2.5 曲轴的材料 (8) 2.6 曲轴的主要部件设计 (8) 2.6.1 主轴颈和曲柄销 (8) 2.6.2 曲柄臂 (9) 2.6.3 曲轴圆角 (10) 2.6.4 润滑油道 (11) 2.6.5 平衡重 (12) 2.6.6 曲轴两端和轴向止推 (12) 2.6.7 曲轴的强化 (13) 2.7 曲轴的强度校核 (14) 2.7.1 曲柄销应力 (14) 2.7.2 圆角形状系数 (17) 2.7.3 安全系数 (19)
3 有限元分析 (21) 3.1 ANSYS软件介绍 (21) 3.2 整体曲轴有限元模型的建立 (22) 3.2.1 有限元网格的划分 (22) 3.2.2 载荷状况的确定 (22) 3.3 曲轴整体模型计算结果分析 (24) 3.3.1 压应力分析 (24) 3.3.2 拉应力分析 (25) 3.4 疲劳强度校核 (26) 3.5 结论 (26) 4 总结 (26) 参考文献 (28) 致 (32)
1 绪论 1.1 本课题的目的及意义 柴油机与汽油机相比其燃料、可燃混合气的形成以及点火方式都不相同，而柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度【1】，因此柴油机的功率更大、经济性能更好，这也导致柴油机工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高【2】，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。因而柴油发动机一般用于大、中型载重货车上【3】。 曲轴是发动机的关键零件，其尺寸与燃机整体尺寸和重量有很大关系，如曲柄销直径直接影响连杆大端尺寸和重量，后者又影响曲轴箱宽度，曲轴单位曲柄长度影响燃机总长度，曲轴尺寸大小在很大程度上影响着发动机的外形尺寸和重量。曲轴是燃机曲柄连杆机构的主要组成部分、三大运动件之一，是主要传力件。它的功用是把气缸中所作的功，通过活塞连杆汇总后以旋转运动形式输出。此外，曲轴还传动保证燃机正常工作需要的机构和系统附件(如配气机构、燃油泵、水泵、润滑油泵等)，因此曲轴工作的可靠性和寿命在很大程度上影响燃机工作的可靠性和寿命。【4】。曲轴的工作情况及其复杂，基本工作载荷是弯曲载荷和扭荷；对不平衡的发动机曲轴还承受弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施的曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。曲轴的破坏事故可能引起其它零件的严重损坏。曲轴又是一根连续曲梁，结构形状复杂，刚性差，材质要求严，制造要求高，是燃机造价最贵的机件。随着燃机的发展与强化，曲轴的工作条件愈加严酷了【5】，必须在设计上正确选择曲轴的结构形式，并根据设计要求选择合理的尺寸、合适的材料与恰当的工艺，以求获得满意的技术经济效果【6】。由以上所述可以看出曲轴设计的重要性。 1.2 国外研究的现状与发展趋势 1.2.1 曲轴结构设计的发展 曲轴结构设计在过去的几十年中得到了飞速的发展。在曲轴的设计初期一般是按照已有的经验公式计算或者与已有的曲轴进行类比设计【7】。在进行了初步的设计后造出曲轴样品再进行试验，通过实验数据进行适当的改进【8】。曲轴设计发展到今天已经有了很大的发展。随着燃机向高可靠性、高紧凑性、高经济性的不断发展，传统的以经验、试
摩托车的故障诊断与排除(doc 9页)
摩托车的故障诊断与排除 第一节发动机的故障诊断与排除 一、发动机不能起动 发动机在环境温度为-5~30℃的情况下，做好起动前的准备工作后，若起动方法正确，而起动时间超过15s，则称为发动机不能起动。 1．发动机不能起动的原因 发动机不起动的原因有：火花塞跳火太弱或不跳火；可燃混合气未能进入气缸；气缸压缩压力不足。 2．诊断与排除方法 诊断这种故障时，首先要判明故障所在系统，然后在该系统进行检查，查明故障所在部位，予以排除。 判明故障所在系统，一般先从点火系统入手（因点火系统故障率较高）。首先检查点火系统的技术状况是否正常。若正常，再检查供油系统是否存在故障， 表1：发动机不能起动的诊断顺序 顺序诊断方法征兆故障原因及检查 1 起动发动机试验1．有发动征兆 2．无发动征兆 1．点火系统高压电路故障 2．拆下火花塞作跳火试验 2 跳火试验1．无火花或火花太弱 2．火花强，仍不能起动 1．点火系统故障或火花间隙太小(0.6~0.7mm) 2．检查供油系统 3 向气缸内滴入少量燃 油后，再作起动试验 1．能起动 2．不能起动 1．供油系统故障 2．检查气缸压缩压力和可燃混合气浓度 4 拆下火花塞察看1．火花塞潮湿淹死 2．火花塞干燥 1．供油系统故障或起动方法不正确 2．检查气缸压缩压力 5 装上气缸压力表压缩压力< 9*105Pa 发动机内部机械故障 表2：火花塞跳火太弱或不跳火的诊断顺序 顺序诊断方法征兆故障原因及检查 1 拆下火花塞跳火试验1．火花较强 2．无火花或火花较弱 1．检查其他系统 2．点火系统故障或火花塞电极间隙太小 2 拆下高压帽用高压线头 作跳火试验 1．火花较帽 2．无火花 1．火花塞炭连或损坏 2．检查低压电路 3 按下电喇叭1．声音清晰宏亮 2．不响或声响微弱 1．从蓄电池至开关间线路无故障 2．蓄电池电量不足或线路有故障 4 蓄电池负极导线搭铁试 验 1．无火花 2．有火花 1．线路无故障 2．电源开关至蓄电池这段导线有故障 5 用导线使点火线圈的低 压接线柱正极搭铁试火 1．有火花 2．无火花 1．线路无故障 2．线路有故障 6 用导线使点火线圈的低 压接线柱负极搭铁试火 3．有火花 4．无火花 1．点火线圈正常 2．点火线圈损坏
ansys屈曲分析练习模型： 边界条件：底端固定 几何：长为100mm，截面：10mm×10mm 惯性矩：Izz=833.333 材料性质：E=2.0e5MPa,v=0.3 分析压力的临界值 分析过程：特征值屈曲分析方法： 1、建立关键点1(0 0 0),2(0 100 0) 2、在关键点1、2之间建立直线 3、定义单元类型(Beam3) 4、定义单元常数 5、定义材料属性
6、定义网格大小，指定单元边长为10 7、划分网格 （首先此处应该做一次模态分析，有模态数据文件，后出来才可以看屈曲模态。） 8、定义分析类型（static） 9、激活预应力效应。要进行屈曲分析，必须激活预应力效应。 10、施加位移约束（关键点1固定） 11、施加集中荷载，Fy=-1N 12、求解 13、结束求解， 14、重新定义分析类型（Eigen Buckling) 15、设置屈曲分析选项，提取1阶模态（菜单路径：Solution-->Analysis Type-->Analysis options 16、求解，结束后退出
17、解的展开 1）设置expansion pass “on” 2）设置展开模态为1（Load Step Options>ExpansionsPass>Single Expand>Expand Modes 3)重新求解 18、查看结果（临界载荷和屈曲模态等） 二、非线性分析方法 前8步与上述过程相同 9、设置分析控制（主要黄色高亮部分区域需要修改） 10、施加位移约束（关键点1固定） 11、施加集中荷载，Fy=-50000N，Fx=-250N 12、求解
发动机曲轴连杆实习报告范文 实习是大学进入社会前理论与实际结合的最好的锻炼机会，也是大学生到从业者一个非常好的过度阶段，更是大学生培养自身工作能力的磨刀石，作为一名刚刚从学校毕业的大学生，能否在实习过程中掌握好实习内容，培养好工作能力，显的尤为重要。 发动机曲轴连杆实习报告一 今日实习目的地：南车柴油机二分厂 实习车间：曲轴加工车间 在王工的带领下，进入了曲轴加工车间，首先，向我们介绍了曲轴的用途，以及各个部位特点，如何加工而成、 曲轴是活塞式发动机中最重要、承受负荷最大的零件之一。其主要功用是将活塞的往复运动通过连杆变成回转运动，即把燃料燃烧的爆发力通过活塞、连杆转变成扭矩输送出去做功，同时还带动发动机本身的配气机构和相关系统工作 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。曲轴的支承方式一般有
两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的布置)取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。 轴典型加工工艺 曲轴的典型加工过程如下 铣端面打中心孔粗精车所有主轴颈及周轴颈铣角向定位面粗精车所有连杆颈粗磨第四主轴颈 车平衡块钻直斜油孔半精磨 1、主轴径7车铣割滚压精磨所有主轴颈及周轴颈淬火回火探伤精磨第四主轴颈喷丸钻工艺孔 两端孔的加工精磨所有连杆颈动平衡抛光所有轴颈清洗防锈 铣键槽 曲轴加工第一工序铣端面、钻中心孔。通常以两端主轴颈的外圆表面和中间主轴颈的轴肩为粗基准，这样钻出的中心孔可保证曲轴加工时径向和轴向余量均匀。 径向定位主要以中心线为基准，还可以两端主轴颈外圆为精基准。轴向定位用曲轴一段的端面或轴肩。角度定位一般用法兰盘端面上的定位销孔或曲柄臂上铣出的定位平台。采用不同的加工工艺方法和设备，定位基准的选用亦有不同。
02401、研究机械平衡的目的是部分或完全消除构件在运动时所产生的 ，减少或消除在机构各运动副中所引起的 力，减轻有害的机械振动，改善机械工作性能和延长使用寿命。 02402、回转构件的直径D 和轴向宽度b 之比b D 符合 条件或有重要作用的回转构件，必须满足动平衡条件方能平稳地运转。如不平衡，必须至少在 个校正平面上各自适当地加上或去除平衡质量，方能获得平衡。 02403、只使刚性转子的 得到平衡称静平衡，此时只需在 平衡平面中增减平衡质量；使 同时达到平衡称动平衡，此时至少要在 个选定的平衡平面中增减平衡质量，方能解决转子的不平衡问题。 02404、刚性转子静平衡的力学条件是 ，而动平衡的 力学条件 是 。 02405、图示两个转子，已知2211r m r m ，转子a 是 不平衡的，转子b 是 不平衡的。 a)b) 02406、符合静平衡条件的回转构件，其质心位置 在 。静不平衡的回转构件，由于重力矩的作用，必定在 位置静止，由此可确定应加上或去除平衡质量的方向。 02407、回转构件的直径D 和轴向宽度b 之比b D 符合 条件的回转构件，只需满 足静平衡条件就能平稳地回转。如不平衡，可在 个校正平面上适当地加上或去除平衡质量就能获得平衡。
02408、图a 、b 、c 中，S 为总质心，图 中的转子具有静不平衡，图 中的转子是动不平衡。 02409、当回转构件的转速较低，不超过 范围，回转构件可以看作刚性物体，这类平衡称为刚性回转件的平衡。随着转速上升并超越上述范围，回转构件出现明显变形，这类回转件的平衡问题称为 回转件的平衡。 02410、机构总惯性力在机架上平衡的条件是 。 02411、在图示a 、b 、c 三根曲轴中，已知44332211r m r m r m r m ===，并作轴向等间隔布置，且都在曲轴的同一含轴平面内，则其中 轴已达静平衡， 轴已达动平衡。 02412 、 连 杆 机 构 总 惯 性 力 平 衡 的 条 件 是 ，它可以采用附加平衡质量或者附加 等方法来达到。 02413、对于绕固定轴回转的构件，可以采用 的方法使构件上所有质量的惯性力形成平衡力系，达到回转构件的平衡。若机构中存 在作往复运动或平面复合运动的构件应采用 方法，方能使作用于机架上的总惯性力得到平衡。 02414、若刚性转子满足动平衡条件，这时我们可以说该转子也满足静平衡条件。( ) 02415、不论刚性回转体上有多少个平衡质量，也不论它们如何分布，只
!ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析 !学习重点： !1、强化非线性屈曲知识 首先了解屈曲问题。在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。 要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。 !理论解，根据Euler公式。其中μ取决于固定方式。 !有限元方法， 已知在特征值屈曲问题： 求解，即可得到临界载荷 而非线性屈曲问题： 其中为结构初始刚度，为有缺陷的结构刚度，为位移矩阵，为载荷矩阵。 非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。 !2、熟悉WB中非线性屈曲分析流程 (1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。 (2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。 (3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
发动机缸体
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发动机缸体 [摘要]缸体是汽车发动机乃至汽车中最重要的零件之一，发动机的加工质量直接影响发动机的质量，进而影响到汽车整体的质量，因此发动机缸体的制造加工长期以来一直受到国内外汽车生产企业的重视。[缸体的简单介绍］发动机缸体是发动机的基础零件和骨架,同时又是发动机总装配时的基础零件。缸体的作用是支承和保证活塞、连杆、曲轴等运动部件工作时的准确位置；保证发动机的换气、冷却和润滑;提供各种辅助系统、部件及发动机的安装。汽车发动机的缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为缸体——曲轴箱。缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套和润滑油道等。根据缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把缸体分为以下三种形式。（1)一般式缸体：其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种缸体的优点是机体高度小，重量轻,结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便;但其缺点是刚度和强度较差(2）龙门式缸体：其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度较好,能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。(3)隧道式缸体：这种形式的缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。为了能够使缸体内表面在高温下正常工作,必须对缸体和缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷,另一种是风冷。水冷
曲柄连杆机构得拆装 实训步骤及操作方法： 1、曲柄连杆机构得拆卸 拆卸曲柄连杆机构机件时，应先将发动机外部机件拆卸，如分电器,发电机及V带、水泵、化油器、汽油泵、起动机与机油滤清器等。对于ＡFE电控汽油喷射发动机应拆卸节气门体、怠速稳定阀及燃油分配器等。 然后分解正时齿形带机构.先拆下齿形带护罩,转动曲轴使第一缸活塞处于压缩行程上止点,检查正时记号,凸轮轴正时齿形皮带轮上标记须与气门罩盖平面对齐，最后拆下张紧装置，拆下齿形带。 （1)拆下气缸盖 ①旋出气门罩盖得螺栓取下气门罩盖与档油罩； ②松下张紧轮螺母，取下张紧轮; ③拆下进、排气歧管； ④按要求顺序旋松气缸盖螺栓,并取下气缸盖与气缸盖衬垫；
⑤拆下火花塞 （２)拆下并分解曲轴连杆机构 ①拆下油底壳、机油滤网、浮子与机油泵； ②拆下曲轴带轮； ③拧下曲轴正时齿带轮固定螺栓,取下曲轴正时齿带轮； ④拧下中间轴齿带轮得固定螺栓,取下中间齿带轮；拆卸密封凸缘，取出中间轴; ⑤拆卸前油封与前油封凸缘; ⑥拆卸离合器压盘总成及飞轮总成，为保证其动平衡，应在飞轮与离合器壳上作装配记号; ⑦拆下活塞连杆组件: 拆下活塞连杆组件前,应检查连杆大端得轴向间隙,该车极限间隙值为0、3７mm,大于此值应更换连杆。拆下连杆轴承盖，将活塞连杆组从气缸中抽出. 拆下活塞连杆组后,注意连杆与连杆大头盖与活塞上得记号应与气缸得序号一致,如无记号,则应重新打印. ⑧检查曲轴轴向间隙，极限轴向间隙为0、２5ｍm,超过此值,应更换止推垫圈； ⑨按规定顺序松开主轴承盖螺栓，拆下主轴承盖,取下曲轴; ⑩分解活塞连杆组件。 2、曲柄连杆机构得装配 曲柄连杆机构得装配质量直接关系到发动机得工作性能，因此，装合时须注意下列事项。 ①各零部件应彻底清洗，压缩空气吹干,油道孔保持畅通; ②对于一些配合工作面(如气缸壁、活塞、活塞环、轴颈与轴承、挺杆等），装合前要涂以润滑油； ③对于有位置、方向与平衡要求得机件，必须注意装配记号与平衡记号，确保安装关系正确与动平衡要求，如正时链条、链轮、活塞、飞轮与离合器总成等。 ④螺栓、螺母必须按规定得力矩分次按序拧紧。螺栓、螺母、垫片等应齐全,以满足其完整性与完好性； ⑤使用专用工具。 安装顺序一般与拆卸顺序相反. (1）活塞连杆组得装合 ①将同一缸号得活塞与连杆放在一起，如连杆无缸号标记,应在连杆杆身上打所属缸号标记； ②将活塞顶部得朝前“箭头”标记与连杆杆身上得朝前“浇铸”标记对准； ③将涂有机油得活塞销，用大拇指压入活塞销孔与连杆铜套中,如压不进去，可用热装合法装配； ④活塞销装上后，要保证其与铜套得配合间隙为0、003～0、008ｍm ,经验检验法就是用手晃动活塞销与销孔铜套无间隙感，活塞销垂直向下时又不会从销孔或铜套中滑出。(注意铜套与连杆油孔对正）; ⑤安装活塞销卡环； ⑥用活塞环专用工具安装活塞环，先装油环,再装第二道环，最后装第一道环，环得上下面不能装错，标记“ＴＯＰ”朝活塞顶； ⑦检查活塞环得侧隙、端隙。
曲柄连杆机构（一） 组织教学 复习旧课 1、发动机的工作原理 2、发动机的主要性能指标 讲述新课 第二章曲柄连杆机构 1、功用：曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构，通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 2、工作条件：曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。 3、组成 曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 §2.1 机体组 一、气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。 气缸体一般用灰铸铁和铝合金铸成。 气缸体应具有足够的强度和刚度。 ㈠气缸体的结构形式 通常分为三种形式：1、一般式气缸体 2、龙门式气缸体 3、隧道式气缸体 ㈡气缸体的冷却形式一种是水冷，另一种是风冷。 ㈢气缸的排列方式可以分成直列式，V型和对置式三种。 ㈣气缸套气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。 二、曲轴箱 曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。 三、气缸盖 1、功用：密封气缸并构成燃烧室。 2、工作条件：很大的热负荷和机械负荷。
3、材料：一般采用灰铸铁、合金铸铁或铝合金铸成。 4、构造：气缸盖分单体气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖。 四、气缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。 作业 1、曲柄连杆机构有何功用？其工作条件如何？ 2、气缸体有哪几种结构形式？各有什么特点?干式气缸套与湿式气缸套壁厚各为多少？ 曲柄连杆机构（二） 组织教学 复习旧课 1、曲柄连杆机构的功用及其工作条件； 2、气缸体的结构形式、特点，干式气缸套与湿式气缸套的壁厚。 讲述新课 §2.2 活塞连杆组 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。 一、活塞 ㈠功用：承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。㈡工作条件：在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。 ㈢对其要求：(1)要有足够的刚度和强度；(2)导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；(3) 质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。 ㈣材料：广泛采用高强度铝合金。 ㈤构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。 1、活塞顶部：活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分。 2、活塞头部：活塞环槽以上的部分。 活塞头部的主要作用有三：①承受气体压力，并传给连杆；②与活塞环一起实现气缸的密封；③将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导到气缸壁上。 3、活塞裙部：活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞底面的部分。 1）作用：为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。 2）活塞在工作时的变形 3）活塞的预做形状：①裙部横截面：预先把活塞裙部做成椭圆形。椭圆的长轴方向垂直于销座轴线。②活塞纵剖面：上小下大的阶梯型、锥形。 二、活塞环 活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环两种。 ㈠功用： ①气环起密封和导热的作用；②油环起布油和刮油的作用。 ㈡工作条件：高温、高压、高速和润滑极其困难。 ㈢材料：目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁。 ㈣构造：
发动机曲轴结构设计 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
曲轴的结构 曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。 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，如图所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 图 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。 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，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。 曲轴的作用：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，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。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【20】。 曲轴的疲劳损坏形式 曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产
发动机振动特性分析与试验 作者：长安汽车工程研究院来源：AI汽车制造业 完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险，这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟样机进行NVH试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH性能进行分析甚至优化显得十分重要。 众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等，这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。 发动机结构振动分析方法简介 图1 发动机结构振动分析方法 如图1所示，发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤： 1. 动力总成FE建模及模态校核 建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型；对该有限元模型进行模态分析，通过分析结果判断各零件间连接是否完好；通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理，零部件的局部模态频率是否合理，若存在整体或局部模态不合理的情况，需要对结构进行初步更改或优化。
2. 动力总成模态压缩 缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立 发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析 在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下，对动力总成进行时域下的多体动力学分析，并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判，同时，其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析 基于多体动力学分析结果，对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析，得到发动机本体、变速器以及各种外围件的表面振动特性，进行评判和结构优化。 实例分析 1. 分析对象 以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台，针对其结构振动问题，对其进行结构振动CAE 分析，并与其台架试验结果相比较。发动机的部分参数如下：缸径75mm，冲程85mm，缸间距84mm，最大缸压6MPa。 2. 坐标定义 为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义（见图2）。
曲柄连杆机构的拆装 实训步骤及操作方法： 1、曲柄连杆机构的拆卸 拆卸曲柄连杆机构机件时，应先将发动机外部机件拆卸，如分电器，发电机
及V带、水泵、化油器、汽油泵、起动机和机油滤清器等。对于AFE电控汽油喷射发动机应拆卸节气门体、怠速稳定阀及燃油分配器等。 然后分解正时齿形带机构。先拆下齿形带护罩，转动曲轴使第一缸活塞处于压缩行程上止点，检查正时记号，凸轮轴正时齿形皮带轮上标记须与气门罩盖平面对齐，最后拆下张紧装置，拆下齿形带。 （1）拆下气缸盖 ①旋出气门罩盖的螺栓取下气门罩盖和档油罩； ②松下张紧轮螺母，取下张紧轮； ③拆下进、排气歧管； ④按要求顺序旋松气缸盖螺栓，并取下气缸盖和气缸盖衬垫； ⑤拆下火花塞 （2）拆下并分解曲轴连杆机构 ①拆下油底壳、机油滤网、浮子和机油泵； ②拆下曲轴带轮； ③拧下曲轴正时齿带轮固定螺栓，取下曲轴正时齿带轮； ④拧下中间轴齿带轮的固定螺栓，取下中间齿带轮；拆卸密封凸缘，取出中间轴； ⑤拆卸前油封和前油封凸缘； ⑥拆卸离合器压盘总成及飞轮总成，为保证其动平衡，应在飞轮与离合器壳上作装配记号； ⑦拆下活塞连杆组件： 拆下活塞连杆组件前，应检查连杆大端的轴向间隙，该车极限间隙值为0.37mm，大于此值应更换连杆。拆下连杆轴承盖，将活塞连杆组从气缸中抽出。 拆下活塞连杆组后，注意连杆与连杆大头盖和活塞上的记号应与气缸的序号一致，如无记号，则应重新打印。 ⑧检查曲轴轴向间隙，极限轴向间隙为0.25mm，超过此值，应更换止推垫圈； ⑨按规定顺序松开主轴承盖螺栓，拆下主轴承盖，取下曲轴； ⑩分解活塞连杆组件。 2、曲柄连杆机构的装配 曲柄连杆机构的装配质量直接关系到发动机的工作性能，因此，装合时须注意下列事项。 ①各零部件应彻底清洗，压缩空气吹干，油道孔保持畅通； ②对于一些配合工作面（如气缸壁、活塞、活塞环、轴颈和轴承、挺杆等），装合前要涂以润滑油； ③对于有位置、方向和平衡要求的机件，必须注意装配记号和平衡记号，确保安装关系正确和动平衡要求，如正时链条、链轮、活塞、飞轮和离合器总成等。 ④螺栓、螺母必须按规定的力矩分次按序拧紧。螺栓、螺母、垫片等应齐全，以满足其完整性和完好性； ⑤使用专用工具。 安装顺序一般和拆卸顺序相反。 （1）活塞连杆组的装合 ①将同一缸号的活塞和连杆放在一起，如连杆无缸号标记，应在连杆杆身上
由于发动机缸体是大平面的板状结构，还存在少量的质量集中，本文在建立缸体有限元模型时用到的有限元单元类型有壳单元(大部分为四边形，为了满足结构特征，采用了少量三边形)、实体单元(六面体和五面体)。汽修学校：在薄壁和缸体上所有加筋的地方，采用了壳体单元，而在壁厚或者受力较大的地方，例如缸筒周围，采用了实体单元。这样一个复杂的结构，最后简化为由31707个单元和44162个节点所组成的有限元模型。 有限元模型在既有壳体单元，又有实体单元时，我们应考虑到它们的边界问题。因为壳体单元的节点具有六个自由度，而实体单元的节点只具有三个自由度。 而且壳体单元较实体单元要软的多，汽修学校：刚度远远不如实体单元。为了实现很好的刚度过渡，我们采用了无质量的虚拟单元。这种虚拟单元除了密度为零以外，其他参数根据构件的材料特性来定。 壳体单元和实体单元在采用虚拟单元相连时，有三种不同的连接形式，这些虚拟单元都是无质量的壳体单元，其参数给定，连接方式壳体单元在和壳体单元相连接时，节点自由度是相同的，但是并不意味着壳体单元之间能直接连接.直接连接会造成单元受力与实际结构受力不相符合，汽修学校：例如在壁与壁的连接处，尤其是不同壁厚的两壁交界处，壳体单元之间应采用虚拟单元连接。是发动机缸体的有限元模型，蓝色的是壳体单元，红色的是实体单元，灰白色的单元是虚拟单元. 由图可以看出缸体的单元网格划分的非常细，主要是因为缸体受力复杂，为了更好的掌握缸体具体部位的振动形态，使结果更精确。发动机的排气管一侧发动机的油底壳主要是储存机油并封闭曲轴箱。汽修学校：机油盘受力很小，一般采用薄钢板冲压而成。虽然油底壳受力不大，但它存在大面积的平面结构，刚度较低，振动剧烈，因而在这些地方最容易产生结构噪声。根据油底壳的结构特征，我们选择了壳体单元作为有限元模型的单元类型。 油底壳的有限元模型共有1849个单元和1$81个节点。其模型如图5所示。传统的发动机在缸体下部是曲轴箱，但由于下部呈开口箱形状，刚度差、振动剧烈、辐射噪声大，因此，近年来对曲轴箱的结构改进较大，汽修学校：例如采用龙门式或隧道式结构的曲轴箱。但是这些措施在降低噪声方面所起到的效果并不显著，根据国外发动机的设计经验，采用梯形框架可以大幅度的增加缸体、油底壳之间的刚度。 梯形框架是连接在缸体和油底壳之间的部件，它起到支撑曲轴、、封闭缸体下部的作用。由于梯形框架这种结构刚度较高，所以大大的增加了发动机缸体下部的刚度;由于梯形框架的使用，降低了油底壳的高度，汽修学校：使得油底壳的噪声辐射面变小，而且改善了油底壳的响应特性，大大降低油底壳的振动噪声。根据梯形框架结构特点和受力特性 我们采用了实体单元为主，夹带壳体单元的有限元单元类型，总共由5209个单元和8223个节点所组成。其模型如图6所示。在梯形框架的有限元模型中，
汽车维修 曲柄连杆机构的检修 姓名：刘相宇 学号：4131156050 所在学院：京江学院 年级专业：J运输1301 指导老师：李东 时间：2016年12月15日
摘要 发动机是汽车中的关键构成部分，发动机的质量将在直接影响到汽车运行的质量，因此，要注意保障汽车发动机的质量，使得汽车发动机可以正常的运行，以保障汽车的整体运行质量。 曲柄连杆机构是发动机实现热能与机械能相互转换的主要机构。其主要功用是将气缸内燃气作用在活塞顶上的压力转换为曲轴的转矩对外输出，并把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。在发动机运转时，曲柄连杆机构的零部件承受高温、高压、高速摩擦和各种冲击负荷带来的损伤导致发动机出现故障。因此在发动机修理时要按要求对曲柄连杆机构零部件进行检修，以确保发动机正常工作。 关键词：发动机曲柄连杆机构检修
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (3) 第二章曲柄连杆机构 (3) 2.1 曲柄连杆机构的概念 (3) 2.2 曲柄连杆机构的组成 (3) 2.2 曲柄连杆机构的功用 (3) 第三章曲轴飞轮组的修理 (4) 3.1 曲轴飞轮组 (4) 3.2 曲轴飞轮组的检查 (4) 3.3 曲轴的磨削加工 (5) 3.4 曲轴的校正 (5) 3.5 飞轮组的修理 (6) 第四章结论 (7) 参考文献 (7)
第一章绪论 我国社会经济和科学技术的发展，带动了各个行业的发展，尤其是汽车行业，在现今的社会中发展最为迅速。汽车行业中不断引进先进的汽车技术，在一定程度上保障了汽车行业的进步!汽车中最重要的构件就是发动机，发动机是汽车运行的主要动力来源，但是发动机在运行的过程中，很容易受到各种因素的影响而出现严重的故障问题，这些故障问题的出现，将会严重影响到我国汽车行业的发展，因此，必须采取有效的维修措施以保障发动机的正常运行，从而提升汽车运行的安全性。 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件，是发动机的核心。而且在发动机故障中曲柄连杆机构发生故障率占据了很大的比重，所以对于发动机曲柄连杆机构的检修具有重要的意义。 第二章曲柄连杆机构 2.1 曲柄连杆机构的概念 曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。 2.2曲柄连杆机构的组成 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。 （1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳； （2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆； （3）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴。 2.2 曲柄连杆机构的功用 曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。 （1）将气体的压力变为曲轴的转矩； （2）将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动； （3）把燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。
发动机结构与设计各类计算与校核结构设计 一、摩托车发动机结构与设计 （一）、发动机机体 １．气缸体 气缸体的作用除形成气缸工作容积外，还用作活塞运动导向，其圆柱形空腔称为气缸。 由于气缸壁表面经常与高温高压燃气接触，活塞在汽缸内作高速运动（最高速度可达100km/s ）并施加侧压力，以及气缸壁与活塞环几活塞外圆表面之间反复摩擦，而其润滑条件由较差，所以气缸体必须耐高温、耐高压、耐腐蚀，还应具有足够的刚度和强度。 气缸体的材料一般用优质灰铸铁，为了提高气缸的耐磨性，可以在铸铁中加入少量的合金元素，如镍、铬、钼、磷、硼等。 汽缸内壁按二级精度珩磨加工，其工作表面有较高的关洁度，并且形状和尺寸精度也都比较高。 为了保证气缸壁表面能在高温下正常工作，必须对汽缸体和气缸盖随时加以冷却。发动机有风冷和水冷两种。用风冷却时，在汽缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，易增大冷却面积，保证散热充分。用水冷却时在汽缸体内制有水套。 １.1 气缸直径 气缸直径是指气缸内径，与活塞相配合，是发动机的重要参数，许多主要的尺寸如曲柄销直径、气门直径、活塞结构参数等，都要根据气缸直径来选取。 参数设计： 气缸直径已标准化，其直径值按一个优先系列合一个常用系列来选取。根据有关资料可确定气缸的直径D. 1.2 气缸工作容积、燃烧室容积和气缸总容积 上止点和下止点之间的气缸容积，称为气缸工作容积（也称为总排量）（图1）。气缸工作容积与气缸直径的平方、活塞冲程的大小成正比。气缸直径越大、工作容积越大、发动机的功率也就相应地增大。 气缸工作容积的计算公式为 N S D V n ??=42 π 式中： V n ——气缸工作容积(ml); D —— 气缸直径（mm ）; S —— 活塞行程（mm;） N —— 气缸数目。 参数设计： 因设计要求的是单缸发动机的排气量V n 为100ml ，那么其活塞行程为： 2 4n S V d π= 同时活塞行程S =2r ；r 为曲轴半径 那么：2S r = 1.3压缩比 图1 气缸燃烧室容积和工作室容积 （a ）燃烧室容积 （b ）工作室容积