发动机结构概念的设计.ppt

配气机构（下置） 配气机构（顶置） 谢 谢 ！ 1.2 曲轴的平衡 发动机工作过程中产生的旋转和往复惯性力，其大小和方向都是周期性变化的，如不加以平衡，则成为发动机振动的根源。进行惯性力系平衡的主要手段曲轴平衡块的布置。 1.2.1 曲轴的静平衡 静平衡是指曲轴在旋转时离心力的合力为零，即其质心位于旋转轴上。在曲轴设计中必须保证曲轴是静平衡的。理论上，曲轴都可设计成静平衡的，但由于制造时的偏差会产生静不平衡现象，因此必须对曲轴进行静平衡试验。 1.2.2 曲轴的动平衡 通过静平衡试验可实现曲轴的静平衡，但其旋转质量不一定在同一个旋转平面内，因而会产生惯性力矩，引起曲轴振动，这就是曲轴的动不平衡。设计中必须保证曲轴是动平衡，动平衡的曲轴则必定是静平衡的。 4缸机曲轴的曲拐平面对称布置，曲轴既静平衡又动平衡。但曲轴存在内弯矩，会引起曲轴变形，必须在曲轴臂上设置平衡块。 5缸机曲拐夹角为72°（发火次序为1-4-3-2-5），其旋转惯性力是平衡的，但其惯性力矩是不平衡的，必须在曲轴臂上设置平衡块。 6缸机曲拐夹角为120°（发火次序为1-5-3-6-2-4），呈镜面对称布置，显然是动平衡的，但曲轴本身存在内弯矩，为了平衡上述内弯矩，必须在曲轴臂上设置平衡块。 2 曲轴材料 曲轴材料主要是锻钢和球墨铸铁。 球墨铸铁一般用于强化程度不高的非增压发动机中，球墨铸铁曲轴的强度与普通中碳钢相当，伸长率、冲击韧度和弹性模量较低，综合力学性能低于锻钢，但球状石墨的耐磨性能优于锻钢。 锻钢一般用于强化程度高的增压发动机中。 3 提高曲轴强度的措施 3.1 结构措施 提高曲轴强度的结构措施主要是降低轴径圆角处的应力集中。 增大轴径重叠度A 重叠度：A=(Dp+Dj+S)/2 其中：Dp为连杆轴颈直径，Dj为主轴颈直径，S为活塞行程 增大过渡圆角R 过渡圆角的大小、形状、材料的组织，表面加工质量和粗糙度等，对曲轴的应力影响十分明显，增大圆角半径可以使局部应力峰值下降。试验表明，R/D0.05时（此处D为连杆轴颈或主轴颈直径），应力集中系数趋于平缓。 较大的圆角更易于磨削加工，精度和表面粗糙度易于保证，但圆角半径的大小受曲轴轴向尺寸的限制，因此在设计中必须综合考虑。 3.2 工艺措施 采用适当的工艺措施，可使曲轴疲劳强度得到大幅度提高。 3.2.1 液体氮碳共渗，疲劳强度可提高40%左右，适用于球铁和锻钢。 3.2.2 圆角滚压强化，疲劳强度可提高30%～60%。 圆角滚压强化是利用滚轮压力的作用，使曲轴圆角表面的机械应力超过材料的屈服极限而产生塑性变形，让曲轴表层直到一定深度范围内出现残余压应力，在工作时，可抵消部分曲轴的拉应力。 3.2.3 圆角表面淬火，疲劳强度可提高30%～50%。 在非液体氮碳共渗的曲轴中 ，由于轴颈表面的硬度不够，一般采用高频淬火工艺来提高其硬度。但由于工艺原因，在对轴颈表面进行淬火处理时圆角处不淬火，这样轴颈部分产生残余压应力，而圆角部分则因不淬火而形成回火区，出现残余拉应力，从而降低了曲轴的疲劳强度，因此，应采取工艺措施，使轴颈与圆角同时淬火。 4 曲轴的强度计算（专题） 1 概述 配气机构是发动机的一个重要系统，其设计好坏对发动机的性能、可靠性和寿命有极大的影响，现代发动机配气机构在设计理论和方法上取得了重大突破。 1.1 创立了许多性能优良的凸轮型线 早期形状简单的圆弧、切线凸轮，虽有较大的时面值，但加速曲线不连续，工作中易引起配气机构的冲击和跳动，尤其对转速较高的发动机情况更严重，于是一些工作平稳性较好的函数凸轮逐渐产生并得到应用，如无冲击凸轮，复合正弦、复合摆线、低次方、高次方、多项动力、N次谐波凸轮等。这些凸轮型线，由于它们的加速度甚至高阶导数连续，改善了配气机构的动力性能，同时时间截面也足够大，能够满足发动机充气性能的要求，因而被广泛用于现代各种发动机配气凸轮的设计中。 六、配气机构 1.2 由刚性设计发展为弹性设计 配气机构是一个刚性较差的系统，因气门弹簧和惯性载荷的作用而产生变形。随着转速提高，变形加大，如设计不当，气门的实际运动规律和理论上将产生很大误差，造成系统的脱离、跳动、提前落座等现象，影响发动机的性能和零件的可靠性。因而，设计时要考虑配气机构的弹性变形，它已成为现代配气机构设计的基本思想。 1.3 由凸轮设计研究发展到系统设计 凸轮设计必须同系统设计结合在一起，对配气机构在各工作转速下的动态行为进行研究，要求协调充气性能、平稳性与可靠性等方面的要求。 1.4 引入摩擦学设计的理论和方法 考虑到配气机构中摩擦副的润滑状态、摩擦和磨损状况，在配气