第六章 曲轴组设计

曲轴的设计要求及基本参数设计原则
曲轴在不断周期性变化的气体压力下，产生强烈的扭转和弯曲，受到的巨大应力可能会导致曲轴发生断裂，在曲轴设计过程中，首先要充分考虑提高曲轴的强度和刚度，同时要综合考虑曲轴的重量、耐磨性和生产成本等因素。

在现实的生产中，它们是互为一体，却又相互矛盾的。

比如，要想提高曲轴的刚度就需要增大曲柄销和主轴颈的直径，这样的结果就是导致曲轴的重量增加，生产制造成本增加。

因此要想解决好这些问题，就要从曲轴的材料、结构、强化手段和生产加工工艺等方面综合考虑，这样才能生产出符合实际生产要求的产品。

在设计曲轴时，各部件生产的前后连贯性非常强，它们的尺寸不能孤立进行，必须综合考虑。

比如要增加各部件的强度，就势必要增大尺寸，重量增加，这在曲轴的设计要求中是互相矛盾的，如何生产出强度高、重量轻的优质曲轴，是在整个曲轴的设计过程中需要解决的重点问题。

CY4102的曲轴参数与4D型曲轴参数如下表
表3.1－1 CY4102曲轴基本参数单位：毫米
表3.1－2 4D型曲轴基本参数单位：毫米
各部件的尺寸都有所增加，这势必增加了曲轴的重量和运动负荷，降低曲轴的寿命，因此，我们需要进行深入细致的研究，生产出符合生产要求的更轻便，更坚固，寿命更长的曲轴。

曲轴和连杆的设计与计算一、曲轴材料选择曲轴是发动机中最重要的零件之一，承受着周期性的弯曲和扭转载荷。

因此，选择合适的材料对于曲轴的性能至关重要。

常用的曲轴材料包括铸铁、铸钢和锻钢等。

根据发动机的功率和转速要求，结合材料的力学性能和制造成本等因素，进行材料选择。

二、曲轴结构确定曲轴的结构形式多种多样，主要根据发动机的总体布局和设计要求进行确定。

常见的曲轴结构包括整体式和组合式两种。

整体式曲轴具有加工方便、刚度高等优点，但若需更换磨损部分则成本较高。

组合式曲轴则可根据需要更换磨损部分，降低制造成本。

三、曲轴强度分析曲轴的强度是评价其性能的重要指标之一。

在进行强度分析时，需考虑曲轴在工作过程中所承受的弯曲和扭转载荷。

常用的强度分析方法有有限元分析、有限差分法和解析法等。

通过强度分析，可确定曲轴的应力分布、最大应力值等关键参数，为曲轴的结构优化和疲劳寿命计算提供依据。

四、曲轴疲劳寿命计算曲轴的疲劳寿命是指在正常使用条件下，曲轴能够承受的循环载荷次数。

在发动机的工作过程中，曲轴承受着周期性的弯曲和扭转载荷，这些载荷会导致曲轴逐渐产生疲劳裂纹并最终断裂。

为了确保曲轴的使用寿命，需要进行疲劳寿命计算。

常用的疲劳寿命计算方法有名义应力法和局部应力应变法等。

通过疲劳寿命计算，可确定曲轴的安全系数和疲劳强度等关键参数，为曲轴的材料选择和结构优化提供依据。

五、连杆长度和厚度设计连杆是连接曲轴和活塞的重要零件，其长度和厚度对发动机的性能和可靠性有着重要影响。

在进行连杆长度和厚度设计时，需考虑发动机的整体布局和设计要求。

连杆长度主要根据发动机的燃烧室高度和活塞行程确定，而连杆厚度则根据连杆所承受的弯曲和扭曲载荷进行计算和分析。

六、连杆强度分析连杆在工作过程中所承受的载荷包括气体压力、惯性力、摩擦力和弯曲力矩等。

为了确保连杆的使用寿命和可靠性，需要进行强度分析。

常用的强度分析方法有解析法和有限元法等。

通过强度分析，可确定连杆在工作过程中的应力分布、最大应力值等关键参数，为连杆的材料选择和结构优化提供依据。

机械课程设计：曲轴摘要本文主要介绍机械课程设计中的曲轴设计。

首先介绍曲轴的定义和作用，然后讨论曲轴的设计要点和设计流程。

接下来详细介绍曲轴的设计步骤，包括曲轴的几何参数计算、受力分析和校核。

最后，通过一个实例演示了曲轴的设计过程。

1. 引言曲轴是一种常见的机械传动元件，主要用于将往复运动转换为旋转运动。

在许多机械系统中，曲轴承担着重要的传动和支撑作用。

因此，曲轴的设计对机械系统的性能和寿命具有重要影响。

2. 曲轴的定义和作用曲轴是一种能将往复直线运动转变为旋转运动的机械传动装置。

曲轴一般由一根直杆和两个或多个偏心轮组成。

曲轴可以将往复直线运动转换为旋转运动，通过连杆和活塞将燃烧室内的高压气体产生的力转换为旋转动力，从而驱动汽车的轮胎、飞机的螺旋桨等。

曲轴在机械系统中的主要作用是将发动机的燃烧能量转化为机械能，并将其传递给其他机械装置。

曲轴还起到了平衡连杆转动惯量的作用，使连杆的运动平稳，减少振动和冲击力，提高机械系统的工作效率和安全性。

3. 曲轴设计要点在进行曲轴设计时，需要注意以下几个要点：3.1 转动惯量曲轴的转动惯量对机械系统的平衡性和工作效率有重要影响。

过大或不均匀的转动惯量会导致机械系统的振动和冲击力增大，从而影响机械系统的稳定性和寿命。

因此，在设计曲轴时需要合理控制曲轴的转动惯量。

3.2 轴承支撑曲轴在机械系统中需要通过轴承来支撑和转动。

轴承的选择和安装对曲轴的工作性能和寿命有重要影响。

因此，在设计曲轴时需要考虑轴承的类型、尺寸和安装方式，确保曲轴能够正常运转并具有良好的工作性能。

3.3 受力分析曲轴在工作过程中会承受来自往复运动的力和转动惯量的作用力。

受力分析是曲轴设计的重要环节，通过分析曲轴在工作过程中所受的力和力矩，可以确定曲轴的受力情况，为曲轴的结构和尺寸设计提供依据。

3.4 材料选择曲轴一般由高强度的合金钢制成，以满足其在工作过程中的高强度和抗疲劳性能要求。

合适的材料选择对曲轴的工作性能和寿命具有重要影响。

曲轴设计
曲轴设计是指对发动机曲轴进行结构、尺寸和材料的确定，以满足发动机的工作要求和设计目标。

曲轴是发动机中的
一个关键零部件，主要作用是将汽缸内的往复运动转变为
旋转运动，同时还要承受汽缸内燃气的压力和产生的惯性力。

因此，曲轴的设计要考虑到以下几个方面：
1. 强度和刚度：曲轴需要具有足够的强度和刚度，以承受
发动机的工作负荷和振动载荷，并保持其形状和位置的稳
定性。

通常会采用合适的材料和截面形状来提高曲轴的强
度和刚度。

2. 质量和平衡：曲轴的质量和平衡对发动机的运行平稳性
和寿命有很大影响。

曲轴要经过精确的加工和动平衡处理，以减小不必要的振动和冲击力，提高发动机的运行效果。

3. 各部分的合理布局：曲轴上各个曲柄的布局和相对位置
的合理安排，能够使发动机的气缸工作顺序合理，减小不
平衡力，降低振动和噪声。

4. 磨削和表面处理：曲轴的磨削和表面处理对减小摩擦损失和延长使用寿命有很大影响。

磨削工艺要尽量减小表面粗糙度，提高曲轴的表面质量，同时可以采用表面硬化等处理方法来提高曲轴的耐磨性和抗疲劳性。

总之，曲轴设计需要综合考虑发动机的工作要求、性能指标和制造工艺等因素，以确保曲轴能够满足发动机的工作需要，并具有良好的强度、刚度、平衡性和耐用性。

曲轴毕业设计曲轴毕业设计曲轴是一种重要的机械零件，它在内燃机、发电机和其他动力装置中起着至关重要的作用。

在汽车工程领域，曲轴的设计和制造是一项关键的任务，对于发动机的性能和可靠性有着直接的影响。

因此，作为一名机械工程专业的学生，我选择了曲轴作为我的毕业设计课题。

在开始我的毕业设计之前，我进行了大量的文献调研和实地考察。

我发现曲轴的设计涉及到多个方面，包括材料选择、结构设计、加工工艺等。

我决定以一款汽车发动机为例，对曲轴进行设计和优化。

首先，我需要选择合适的材料。

曲轴需要具备足够的强度和刚度，以承受高速旋转时的巨大力矩和冲击力。

经过对比和分析，我最终选择了高强度合金钢作为曲轴的材料。

这种材料具有优异的机械性能和耐磨性，能够满足曲轴的使用要求。

接下来，我开始进行曲轴的结构设计。

曲轴的结构复杂，需要考虑到各个部分的功能和相互之间的协调。

我采用了CAD软件进行三维建模，并进行了有限元分析，以评估曲轴在工作过程中的应力分布和变形情况。

通过不断调整和优化设计，我得到了一个结构合理、强度充足的曲轴模型。

在结构设计完成后，我开始考虑曲轴的加工工艺。

曲轴的制造工艺需要精确而细致，以确保曲轴的尺寸和形状符合设计要求。

我参观了一家汽车零部件制造厂，亲眼目睹了曲轴的加工过程。

我学习了曲轴的车削、磨削和热处理等工艺，了解了每个步骤的重要性和技术要求。

在毕业设计的过程中，我遇到了不少困难和挑战。

例如，曲轴的结构设计需要考虑到多个因素，如受力情况、传动方式等。

我通过与导师和同学的讨论和交流，不断完善和调整设计方案。

此外，曲轴的加工工艺也需要高度的技术和经验，我通过参与实际操作和与专业技术人员的交流，逐渐提高了自己的技能和水平。

经过几个月的努力，我最终完成了我的曲轴毕业设计。

我对自己的成果感到非常满意，不仅在知识和技术上有所提高，还对汽车发动机的结构和工作原理有了更深入的了解。

我相信这个毕业设计将对我的未来职业发展起到积极的推动作用。

课程设计曲轴一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握曲轴的基本原理、结构和设计方法，了解曲轴在内燃机等机械设备中的应用，培养学生分析问题和解决问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解曲轴的定义、分类和特点；（2）掌握曲轴的结构参数和设计原理；（3）熟悉曲轴在发动机中的工作原理和性能要求。

2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析和解决曲轴相关问题；（2）具备曲轴结构设计和强度计算的基本能力；（3）学会使用相关软件进行曲轴设计。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对机械工程的兴趣和热情；（2）增强学生的创新意识和团队合作精神；（3）培养学生关注工程实际、服务社会的情怀。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括曲轴的基本原理、结构和设计方法。

具体安排如下：1.曲轴的定义、分类和特点；2.曲轴的结构参数和设计原理；3.曲轴在发动机中的工作原理和性能要求；4.曲轴结构设计方法和步骤；5.曲轴强度计算和校核；6.曲轴设计软件的使用。

三、教学方法为实现教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解曲轴的基本原理、结构和设计方法；2.讨论法：学生讨论曲轴在实际应用中遇到的问题，培养解决问题的能力；3.案例分析法：分析典型曲轴设计案例，提高学生的设计能力；4.实验法：安排曲轴实验，让学生了解曲轴的工作原理和性能。

四、教学资源为实现教学目标，将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威出版的《曲轴设计》教材；2.参考书：提供相关的曲轴设计手册和论文集；3.多媒体资料：制作曲轴结构和工作原理的PPT、视频等；4.实验设备：准备曲轴实验所需的发动机零部件和实验仪器。

五、教学评估为全面、客观地评价学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：关注学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的情况，以及课堂表现；2.作业：布置与课堂内容相关的作业，要求学生独立完成，培养学生的动手能力和创新能力；3.考试：定期进行曲轴知识方面的考试，检验学生对知识的掌握程度；4.课程设计：安排一次曲轴设计课程设计，培养学生的实际设计能力；5.自我评价：鼓励学生进行自我评价，反思学习过程中的优点和不足；6.同伴评价：学生互相评价，促进学生之间的交流和合作。

曲轴设计要点曲轴作为内燃机重要的零部件之一，在发动机运转中承担着转换往复运动为旋转运动的重要功能。

曲轴的设计直接影响到发动机的性能和可靠性。

本文将就曲轴设计的主要要点进行详细介绍，以便工程师们在设计过程中能够遵循相关原则，确保曲轴的性能达到最佳状态。

一、材料选择曲轴主要承受很大的弯曲和扭转载荷，因此材料的选择至关重要。

一般来说，常用的曲轴材料有45#钢、40Cr和42CrMo等。

在选择材料时，需要考虑其强度、韧性和耐疲劳性能，以确保曲轴能够承受长时间高速运转带来的各种力的作用。

二、几何结构设计1. 曲轴的结构形式：根据不同发动机的工作原理和性能要求，曲轴的结构形式也各有不同，如平面曲轴、平行轴曲轴、交叉轴曲轴等。

在选择结构形式时，需要根据具体情况做出合理选择。

2. 空间布置：曲轴的主要作用是将活塞的往复运动转化为旋转运动，因此曲轴的位置和轴心的设计应符合其工作原理，同时也要考虑到与其他零部件的配合以及整体的空间布置。

3. 曲轴的重心设计：曲轴的重心设计应该符合整个发动机系统的平衡要求，减小振动和冲击力，提高发动机的运转平稳性和寿命。

三、曲轴表面处理1. 表面淬火：对曲轴表面进行淬火处理可以提高其硬度和耐磨性，延长使用寿命。

2. 表面喷涂：表面喷涂可以提高曲轴的抗磨损性能，降低摩擦系数，减少磨损。

3. 表面抛光：抛光后的曲轴表面光洁度高，有利于减小摩擦力，提高发动机的效率。

四、动平衡设计曲轴在高速旋转时容易产生振动，为了减小振动和降低噪音，需要对曲轴进行动平衡设计。

通过在曲轴上适当安装平衡块，可以使得曲轴在高速旋转时平衡性更佳，延长发动机寿命。

五、工艺设计1. 切削工艺：曲轴的制造工艺通常需要进行高精度的切削加工，因此加工工艺的设计对曲轴的成品质量至关重要。

2. 热处理工艺：曲轴经常需要进行热处理，以提高其硬度和强度，因此热处理工艺的选择和控制也是曲轴设计中的重要环节。

综上所述，曲轴设计是内燃机设计中至关重要的一个环节，合理的曲轴设计可以提高发动机的性能和可靠性，为发动机的正常运转提供有力支持。

曲轴毕业设计曲轴是发动机中的重要组成部分，用于将活塞的上下往复运动转化为旋转运动，进而传递给传动装置，驱动车辆前进。

在曲轴设计方面，需要考虑其强度、刚度、重量、平衡性等因素。

在毕业设计中，可以选择以下几个方面进行研究和设计：第一，曲轴的材料选择和设计。

曲轴需要承受高强度、高转速和高温等工作条件，因此材料的选择至关重要。

可以考虑使用高强度的合金钢材料，同时需要进行适当的热处理和表面处理，以提高其疲劳寿命和抗磨损性能。

在设计方面，需要保证曲轴的足够强度和刚度，同时减小其重量，以降低发动机的整体重量。

第二，曲轴的结构设计和加工工艺。

曲轴的结构设计包括几何形状和轴向布局等方面。

可以通过数学模型和有限元分析等方法，进行曲轴的优化设计，以提高其刚度和减小振动。

在加工工艺方面，需要考虑曲轴的精度和表面质量要求，选择合适的加工方法和设备，如精密磨削、磁粉探伤等，确保曲轴的制造质量。

第三，曲轴的动力学分析和平衡设计。

曲轴的工作过程中存在着很大的惯性力和离心力，这会导致曲轴振动和不平衡现象，进而影响发动机的运行和寿命。

可以通过动力学分析方法，如模态分析、动平衡分析等，研究曲轴的振动特性，找出影响曲轴平衡性的主要因素，并采取相应的措施进行平衡设计，如增加平衡轴、调整连杆销位置等，以减小曲轴的振动和不平衡。

第四，曲轴的强度和疲劳寿命分析。

曲轴在工作过程中受到多种载荷作用，如轴向力、径向力、弯矩等，这会导致曲轴发生应力和变形。

可以通过有限元分析和强度计算方法，分析曲轴的应力分布和变形情况，进而评估曲轴的强度和疲劳寿命。

在设计中，可以采取相应的措施，如增加曲轴的径向凹槽、加强挥杆部位等，以提高曲轴的强度和延长其使用寿命。

综上所述，曲轴的毕业设计可以从材料选择和设计、结构设计和加工工艺、动力学分析和平衡设计、强度和疲劳寿命分析等方面展开研究。

通过对曲轴的深入设计和优化，可以提高发动机的性能和可靠性，进而推动整个汽车工业的发展。

曲轴的设计要求曲轴是发动机中最重要的部件。

它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。

因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

发动机中最重要的部件。

它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。

因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

为减小曲轴质量及运动时所产生的离心力，曲轴轴颈往往作成中空的。

在每个轴颈表面上都开有油孔，以便将机油引入或引出，用以润滑轴颈表面。

为减少应力集中，主轴颈、曲柄销与曲柄臂的连接处都采用过渡圆弧连接。

曲轴平衡重（也称配重）的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩，有时也可平衡往复惯性力及其力矩。

当这些力和力矩自身达到平衡时，平衡重还可用来减轻主轴承的负荷。

平衡重的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。

平衡重一般与曲轴铸造或锻造成一体，大功率柴油机平衡重与曲轴分开制造，然后用螺栓连接在一起。

高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。

国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。

采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。

在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。

气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。

国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家。

曲轴粗加工将广泛采用数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。