2110柴油机(曲轴飞轮)设计
2110柴油机(曲轴飞轮)设计
摘要
2110柴油机是在2100柴油机的基础上自行改进与开发研制的新型、中等功率、节能的柴油机。目前，该机型已经广泛运用于我国的农用工程机械，小型发电等领域。2110柴油机与同类机型相比，具有先进的动力性，经济性和可靠性，在国内农用机械用户中具有很强的优势。与2100系列柴油机相比，2110柴油机主要在发动机机体、气缸盖、活塞连杆总成、曲轴、燃油系统等方面进行了优化、强化设计，使发动机在动力性、经济性等方面有较大的提高，也实现了增加其运用范围的目的。
本文主要介绍了2110柴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2110柴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。
本文运用到了UG三维软件制图，用以解决曲轴的油道与曲柄销减重孔的干涉问题，同时用Ricardo计算方法解决曲轴疲劳强度问题。本文综合性的对曲轴飞轮组的设计问题进行了研究。
关键词：柴油机，曲轴，飞轮，UG
THE DESIGN OF 2110 DIESEL ENGINE(CRANKSHAFT and FLY WHEEL)
ABSTRACT
On the basis of the 385 diesel engine, 2110 diesel engine improve to a new style, which is high-speed, medium-power and energy-saving diesel engine. At present, the models have been widely used in China's agricultural engineerin g machinery, small power generation. Compared with similar type diesel engine ，2110 diesel engine has advanced performance, economy and reliability in the domestic agricultural machinery, and they have millions of users. Compared with 2100 series diesel engine, 2110 diesel engines are mainly improve in the engine block and cylinder head, piston connecting rod , crankshaft, fuel system, and improve the optimization design, that improve the engine power, economy ,it also achieve the purpose that increasing its application scope.
This paper mainly introduces the overall design thought of 395 diesel engine, crankshaft and flywheel the design process. Thesis includes how to selected 2110 diesel engine, the overall performance indicators identified, and the process of the design of the crankshaft flywheel will be discussed in this paper. Including the crankshaft structure design, what we must pay attention to in manufacture process.
This paper uses UG 3D software to draw crankshaft, it solve the oil hole with the weight reducing hole of interference problems. And with Ricardo calculation method, it solve the crankshaft fatigue strength problems. This paper completely discuss the design of crankshaft and flywheel.
KEYWORDS：Diesel engine，crankshaft，flywheel，Ricardo
calculationmethod，UG
目录
第一章前言 (1)
第二章总体方案设计 (3)
§2.1 柴油机设计的总体要求 (3)
§2.1.1 内燃机的总体设计要求 (3)
§2.1.2 内燃机设计工作中的“三化” (3)
§2.2 柴油机的主要设计指标 (4)
§2.2.1 动力性指标 (4)
§2.2.2 经济性指标 (5)
§2.2.3 可靠性和耐久性指标 (5)
§2.2.4 重量和外形尺寸指标 (6)
§2.2.5低公害指标 (6)
§2.3 2110型柴油机的主要参数的选择 (7)
§2.4 2110型柴油机的总体布置 (8)
§2.5 2110型柴油机的整机结构 (8)
第三章曲轴设计 (10)
§3.1概述 (10)
§3.2曲轴的设计步骤 (12)
§3.3曲轴的结构型式及其选择 (12)
§3.4曲轴材料选择及毛坯制造 (14)
§3.5 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 (14)
§3.6润滑油道 (16)
§3.7曲轴平衡块 (18)
§3.8曲轴的轴向定位 (18)
§3.9曲轴端部结构 (19)
第四章飞轮设计与计算 (20)
§4.1飞轮的作用 (20)
§4.2飞轮的设计与计算 (21)
第五章主轴承设计 (24)
§5.1主轴承的工作条件 (24)
§5.2材料要求 (25)
§5.3 常用轴承材料 (25)
§5.4轴瓦的瓦背材料 (26)
§5.5轴瓦结构设计与主要尺寸的确定 (26)
第六章结论 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
附录 (30)
第一章前言
由于2110柴油机具有许多方面的优点，所以不论在国外还是在国内，其应用越来越广泛，世界很多的车用和船用内燃机都采用它，特别是农用车辆，把2110柴油机作为其首选动力。随着国民经济建设和生产的发展，2110柴油机已越来越广泛地得到应用，它为我国国民经济的发展作出了不可磨灭的贡献。
本文主要完成了对2110型柴油机的总体方案的选择，曲轴飞轮组的设计。专题部分曲轴飞轮组的设计主要包括了曲轴的设计，飞轮的设计以及飞轮的平衡计算。重点放在了飞轮的设计计算上。
目前，国内外对曲轴的设计理论主要在以下两个方面：在曲轴设计方面，采用数值计算与实验结合的方法对曲轴进行优化设计，但是这种计算方法效率低，而且难以取得最优解，针对以上不足，提出了一个曲轴结构尺寸优化的新方法，即将有限元、结构优化与计算机辅助设计相集成，采用Ⅰ-DEAS、VC++、ISIGHT软件设计了一个曲轴结构尺寸优化软件集成系统，实现整个优化过程的自动优化。在曲轴制造方面，我国的曲轴生产存在整体规模小，专业化程度低，企业设备陈旧，产品设计和工艺落后，性能和可靠性差，品种杂乱和通用化程度低等问题，而在国外，曲轴的生产已经很专业化，广泛的采用了数控技术及自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成。在曲轴的锻造方面，广泛的采用CAD/CAM技术，引入管理信息系统和集成生产系统，实现了锻造生产从原材料、工艺和工艺装备最佳方案的选择和整个过程的控制。机加工方面采用曲轴动平衡自动线，使用计算机控制，实现自动测量和修正，采用在线自动检测和终检相结合的方式，连续监控加工精度，提高生产率，保证产品质量。热处理方面以德国的二段式气体软氮化法较先进，可获得ε单相化合物层，大大提高产品的质量和性能。
飞轮的作用是将在作功行程中输入曲轴的能量的一部分贮存起来，用以在其它行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机可能克服短时间的超负荷，此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系中摩擦离合器的驱动件。近几年的
飞轮设计主要集中在飞轮的基本三维建模及有限元分析、飞轮的拓扑优化设计和形状优化设计上，通过基于有限元法的优化设计可以大大提高设计效率，有利于缩短设计周期，降低制造成本，在飞轮原有模型上首先对飞轮进行拓扑优化设计，可以得到优化模型的基本形状，然后在拓扑优化的基础上，进一步加以形状优化，就可以基本确定飞轮的形状。
第二章总体方案设计
§2.1 柴油机设计的总体要求
§2.1.1 内燃机的总体设计要求
内燃机的总体设计是整个产品开发工作的第一个阶段，按照工作次序可分为：产品开发的战略决策；产品主要技术经济指标与设计结构参数的论证和选择；方案计算和总体设计图的绘制等几个阶段。
总体设计的水平和决策的正确与否，对产品的水平和市场竞争力将产生决定性的影响，如有失误，在大多数的情况下，不易通过投产后的改进加以挽回。因此，总体设计者责任重大，要有高度的负责精神和使命感。
产品决策阶段首先要进行市场调研，对开发机型的配套对象和各种用途的市场容量发展前景，类似机型的技术水平，生产成本，生产规模作出定量的分析，其次，就企业对所开发产品的投资能力，生产规模提出可行性分析报告。编制产品设计技术任务书，具体规定产品的各项技术经济指标和配套要求。
产品总体设计时要选择和确定内燃机的主要参数，完成各主要工作系统如供油系统、燃烧系统、进排气系统的构思，绘制机体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴的方案图和整机纵横剖面图，不同缸数及典型配套机型的外形布置图，编制总体设计说明书。
内燃机种类多样，使用条件各异，对总体设计也提出不同的要求。
§2.1.2 内燃机设计工作中的“三化”
“三化”可以提高产品的质量，减少设计成本，组织专业化生产，提高劳动生产率，便于使用、维修和配件供应。
（1）产品系列化它是指基本尺寸相同，不同的排列、缸数、增压度，以满足不同需求。
（2）零部件通用化它是指同一系列的主要零件能够通用，以减少开发成本。
（3）零件设计标准化它是指按照国家标准、行业标准或企业标准设计，
提高设计图样和资料的可读性和交流性，便于技术交流，同时也起到减少生产和采购成本的作用。
总之，柴油机的设计与开发是一个相当复杂的过程。一个型号产品往往要经过几年的设计与开发周期才能得以完善。
§2.2 柴油机的主要设计指标
§2.2.1 动力性指标
动力性指标包括有效功率（P e ）、转速（n ）、最大扭矩max e M 和最大转矩转速。
1、有效功率P e =me P *h V *Z*n/（30T ） (2-1)
me P 为平均有效压力（Mpa ）；m V 为活塞的平均速度（m/s ）；h V 为气缸的工作容积（L ）；Z 为气缸数；n 为转速（r/min ）；T 为冲程数。
可见，有效功率受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参数基本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。[]1
2、转速（n ）
柴油机由于其混合气形成速度和燃烧速度比较慢的原因，转速不会太高。转速在1000r/min 以上为高速，600~1000r/min 为中速，600r/min 以下为低速。
提高内燃机的转速可以使功率提高，因而使单位功率的体积减小、重量轻。但是转速提高会导致一系列的问题，比如惯性力增加，导致机械负荷增加，平衡、振动问题突出，噪声增加；工作频率增加，导致活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件的热负荷增加；摩擦损失增加，机械效率下降，燃油消耗率增加，磨损寿命变短；进排气系统阻力增加，充气效率下降等。
表1-1 各种用途的内燃机转速范围 【单位：（r/min ）】
3、最大扭矩
M和最大转矩转速
e
max
实际上内燃机给出的转矩指标都是最大扭矩。最大扭矩对应的发动机转速就是最大转矩转速。
§2.2.2 经济性指标
柴油机的经济性指标主要指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的燃料的消耗重量。对于固定工况使用的柴油机是指标定功率时上网燃油消耗率。对变工况的柴油机，则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。比如，某内燃机的最低油耗率，则是指万有特性上的最低油耗率。当然，万有特性上低油耗区越宽广，则变工况使用的经济性就越好。
（1）燃油消耗率e g【（g/（kw*h））】
降低e g的措施主要有指示效率和机械效率。一般车用柴油机的燃油消耗率为250~380 g/（kw*h）。柴油机的经济性是内燃机设计师和使用者永远追求的目标。
（2）机油消耗率gm【（g/（kw*h））】
机油的价格远高于燃料油，希望使用中的消耗量尽量减少，而且要求在两个保养期之间不要添加机油，一般车用柴油机机油消耗率为 1.3~2.6g/（kw*h）。
§2.2.3 可靠性和耐久性指标
一、可靠性
可靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力。对于可靠性的内燃机应在保证期内不发生停车故障和需要更换主要或非主要零件的故障。
二、耐久性
耐久性是指从开始使用起到大修期的时间。内燃机的大修期一般决定于缸套和曲轴磨损到达极限尺寸的时间（小时数），此时内燃机不能继续正常工作，使用中的对外表现通常为：内燃机启动困难甚至无法启动、排气冒蓝烟、机油消耗量明显加大、动力性明显下降、内燃机工作噪声变大等。
§2.2.4 重量和外形尺寸指标
质量、外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。不同用途的内燃机对质量和外形尺寸指标的要求不尽相同。比如汽车发动机要求质量和外形尺寸都要小，而工程机械和拖拉机则可稍大一些。不管怎么样，设计紧凑、质量轻总是内燃机设计者追求的目标。
衡量内燃机质量的指标是比质量（kg/kw）：m/e p。柴油机得比质量范围为：
表1-3内燃机得比质量范围
衡量柴油机外形尺寸紧凑性的指标是体积功率（千瓦每立方米）：
p=e p/V (2-2)
v
§2.2.5低公害指标
1.噪声
内燃机的噪声主要来自燃烧噪声、气体流动噪声和机械噪声三个方面。内燃机的噪声大小用声压级
L（dB）来表示，一般还要对测量数据进行各种
p
计权处理，仿照人耳的听力，一般采用A计权。在噪声数据上所见到的噪声单位多为dBA或者dB(A)。
燃烧噪声主要取决于缸内气压的压力升高率。一切有利于缩短滞燃期和减少该期间燃油注入量的措施，都有利于降低燃烧噪声，比如增压、分段喷射、推迟喷油提前和减少点火提前角等。降低压缩比也是很常见的效的措施，一般与增压同时采用，否则会降低柴油机的动力性。
气体流动噪声主要通过进排气消声器来控制。
机械噪声主要是通过合理设计风扇结构参数和合理控制风扇转速来达到控制目的。
2.有害气体的排放
汽车的排放，就是内燃机的排放，说到对于环境和空气的污染，实际上是内燃机的排放污染。目前全世界对汽车的污染问题都十分重视。在设计柴油机时，尤其是车用柴油机时，一定要根据本地实行的法规制定合适的设计方案[]2。
§2.3 2110型柴油机的主要参数的选择
内燃机的主要参数包括：平均有效压力Pme 、活塞平均速度Cm、缸径和缸数。这些参数反映了产品的性能和设计质量，因此选择时必须紧密结合我国工业生产发展的实际情况，同时还要对同类型国内外发动机的参数进行分析比较和试验研究。
1、平均有效压力
P
me
平均有效压力
P是标志内燃机整个循环过程的有效性及内燃机制造完
me
善性的指标之一，
P值的不断提高是内燃机技术发展的重要标志。由于它决
me
定了发动机的强化程度，反映了发动机结构与制造要达到的质量，故必须慎重的选择。进行产品设计时，平均有效压力应根据同类型发动机的实际数据来初步选定，在本次设计中，初步选定
P=0.6MPa。
me
2、活塞平均速度Cm
活塞平均速度Cm也是表征活塞式内燃机强化程度（热负荷和机械负）的重要参数之一。它对于内燃机的性能，工作可靠性和使用寿命有很大的影响。一般说来，Cm增大会使发动机的功率增高，但活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性负荷增大，磨损加剧，寿命下降。本次设计的转速为2200r/min。
3、气缸直径D和气缸数Z
内燃机的缸径应符合系列型号的规定，其尾数应该取整数，优先选用0和5。此次设计的气缸直径于气缸数均由设计任务书给定，其分别为110mm，两缸。
4.行程S
P但是在气缸直径不变的情况下，S的行程增加可以提高平均有效压力
me
增加即行程缸径比S/D增加，导致活塞平均速度提高，有磨损加速、寿命降低等问题。
行程缸径比：S/D＝0.9~1.26
S=（0.9~1.26）D=99~138.6 mm
取S＝120 mm[]3。
§2.4 2110型柴油机的总体布置
根据初步确定的内燃机主要结构参数，主要零部件结构方案和尺寸，进行内燃机的总体布置。在总体布置中要确定气缸的排列，各零部件，附件的结构和尺寸以及安装位置。绘制横剖面图。总体布置的一般要求如下：
一、布置紧凑，外形尺寸小，外观整齐，外接管路尽量少。
二、经常需要保养的零部件，如机油，燃油，空气的滤清器和喷油器等，接近性要好。对经常检查调整的气门间隙和喷油提前角等有关零部件应考虑到调整和拆装方便。
三、应满足用户对柴油机配套所提出的各项合理要求。
四、具有良好的加工和装配工艺性。
五、柴油机起吊，存放和安装方便。
六、总体布置要认真贯彻执行三化标准。
§2.5 2110型柴油机的整机结构
2110型柴油机的主要参数为：缸径D=110mm，活塞行程S=120mm，标定功率P=26Kw，转速n=2200r/min，平均有效压力Pme=0.6MPa，缸心距为130mm,燃油消耗率不大于240g/(KW·h)。采用柴油直喷系统，活塞顶上有W形燃烧室，采用孔式喷油器，提高喷油压力，大大改善了喷油效果。机体由稀土灰铸铁铸造，机体采用隧道式机体，以保证机体的结构刚度。湿式气缸套是由高磷合金铸铁铸成的。气缸套的下部有两道O形橡胶密封环圈防止漏水。活塞用共晶硅铝合金铸造，活塞上部有二道气环和一道油环。第一环为矩形环，外圆镀铬，第二环为扭曲环。在现代柴油机设计中均采用三道环，由于现代加工方法的大大提高，可以加工形状复杂的气环与油环，改善了密封效果，另外，减少一道气环，能够减少活塞运动中的机械摩擦，提高了柴油机的平均有效功率。连杆用45号钢锻造，大头采用平切口，切口分割面用
三角形的锯齿保证连杆盖的定位。曲轴材料选择球墨铸铁铸造制成，曲柄销采用挖空结构，合理布置润滑油道。曲轴平衡采用完全平衡方案，其上安装四个平衡块。曲轴的中间主轴承采用止推片起轴向定位作用。润滑系统采用压力润滑和飞溅润滑混合的方式。
第三章曲轴设计
§3.1概述
曲轴是发动机的主要运动件，其性能直接影响着发动机的可靠性和寿命。随着发动机强化指标的不断提高，曲轴的工作条件更加苛刻。由于周期性变化的气体压力，往复和旋转运动引起的惯性力以及它们的弯扭拒共同作用，使得曲轴在工作过程中既弯曲又扭转，还要承受一定的冲击载荷，轴颈表面受到磨损，曲轴的主要失效形式是疲劳断裂和轴颈表面的严重磨损，统计分析表明，破坏的曲轴中有80%左右是由弯曲疲劳产生的。
因此，在设计曲轴时，必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构形式、材料与工艺，使其具有较高的疲劳强度，刚度及良好的动态特性。曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩（扭矩和弯矩）共同作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。实践与理论表明，对于各种曲轴，弯曲载荷具有决定性意义，而扭转载荷仅占次要地位（不包括因扭转振动产生的扭转疲劳破坏）。曲轴破坏的统计分析表明，80%左右是由弯曲疲劳产生的。因此，曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。
曲轴形状复杂、应力集中现象相当严重，特别在曲柄至轴颈的过渡圆角区、润滑油孔附近以及加工粗糙的部位应力集中现象尤为突出。曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能保证液体润滑，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际寿命大大降低。曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。如果曲轴弯曲刚度不够，就会大大恶化活塞、连杆、轴承等重要零件的工作条件，影响它们的工作可靠性和耐磨性，甚至使曲轴箱局部损坏。曲轴扭转刚度不足则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动；轻则引起噪音，加速曲轴上齿轮等传动件的磨损；重则使曲轴断裂。
综上所述，曲轴设计时应符合以下要求：
1．有足够的疲劳强度，以保证曲轴工作可靠。设计时应尽量减少应力集中，加强薄弱环节；
2．有足够的刚度，使曲轴变形不致过大；
3．颈具有良好的耐磨性。应根据轴颈比压，选取适当的轴承材料、轴颈硬度和加工精度，以保证曲轴和轴承有足够的寿命；
4．柄排列合理，以保证柴油机工作均匀；曲轴平衡性好，以减小振动和主轴承最大负荷；
5．料选择适当，以充分发挥材料强度潜力。
所有这些要求，在高速内燃机的条件下，都应该在轻的结构重量下实现。同时，随着内燃机的不断发展，各项指标的强化，曲轴的结构也应留有发展的余地。
不难看出，上述强度、刚度、耐磨、轻巧的要求之间是存在矛盾的。例如，为了提高曲轴的刚度而增大主轴颈和曲柄销直径，对轴承工作而言，可以降低轴承比压，但高转速下轴承圆周速度变大，从而引起摩擦功率损失增加，轴承温度升高，降低了轴承工作的可靠性。此外，曲柄销的增大，使得连杆大头以更大的比例加大加重，，轴承的离心负荷加大。这时，可能引起采用斜切口连杆的必要，而这种连杆刚性差，而且制造成本较高。曲柄销加大带来的曲轴连杆系统旋转质量的加大，可能使刚度对扭转带来的好处得而复失。正是这些内在的矛盾推动着曲轴的发展，而在曲轴强度矛盾的总体中，应力集中处的最大应力与该力作用点的材料抗力是它的主要矛盾。影响这个主要矛盾的主要因素有：曲轴的结构、材料和加工工艺等三方面，这三种因素各自有独立的作用，相互又有影响，必须辨证地进行分析，在设计曲轴时，不应只注重结构尺寸的设计一个方面。
由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊，在设计曲轴时，至今还没有一个能完全反映实际的理论公式可供通用。因此，目前曲轴的设计主要是依靠经验设计，即利用许多现有的曲轴结构与尺寸的统计资料。借以初步确定曲轴的基本尺寸，然后进行结构细节的设计、强度复核、曲轴样品试验，最后确定曲轴的结构、尺寸与加工工艺等。
§3.2曲轴的设计步骤
曲轴设计在柴油机总体设计阶段就开始进行。设计步骤大致如下：
1．根据柴油机的用途，强化程度，生产批量，缸心距以及活塞行程等参数，选择适当的曲轴材料，结构形式，毛坯制造方法及必要的强化工艺。
2．依据柴油机相似原则以及设计者的经验，初步选定曲柄销，主轴颈和曲柄臂的尺寸。
3．根据柴油机冲程数，气缸数目和排列方式，发火顺序，从保证扭矩均匀，平衡性良好，主轴承负荷不要过大等原则出发确定曲柄排列。
曲轴计算：初步选定曲轴尺寸后，需对曲轴进行平衡性计算和曲轴疲劳强度计算，以验证所设计曲轴是否满足前述各项设计要求。
根据上述计算结果，决定是否需要修改设计。上述方法需反复进行，并最终确定曲轴的尺寸，平衡块的大小和布置方式，润滑油道的布置，完成曲轴两端的设计，绘制出曲轴零件图。
§3.3曲轴的结构型式及其选择
一、按支承方式曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴。全支承曲轴是每两个（V型发动机为两排）气缸间均设有主轴承的曲轴；而非全支承曲轴是每隔两个（V型发动机为两排）气缸设有一个主轴承的曲轴。由于柴油机的爆发压力较高，因而一般都采用全支承曲轴；仅有个别小缸径柴油机为缩短缸心距，减少主轴承数，采用非全支承曲轴。
按结构型式曲轴分为整体曲轴和组合曲轴。
1、整体式曲轴
整体式曲轴的毛坯是由整根钢料锻造或用铸造方法浇铸出来的。整体式曲轴结构简单，重量轻，工作可靠，而且刚度和强度较高，加工面也比较少，在中高速柴油机上应用非常普遍。
2、组合式曲轴
组合式曲轴是把曲轴分成很多便于制造的单元体，然后将各部分组合装配而成。按划分单元体的不同，又可分为全组合式曲轴与半组合式曲轴。大功率柴油机和小型二冲程发动机上常采用组合式曲轴。
（1）、圆盘式组合曲轴
这种曲轴的每个曲柄单独制造，然后用螺钉联成一根完整的曲轴。圆盘式组合曲轴各曲柄相同，这使得系列产品的曲轴制造十分方便。在使用中若发现某曲轴损坏，可单独更换损坏的曲柄，而不需要报废整个曲轴。此外，由于这种曲轴各曲柄单独制造，因而不需要大型设备，机械加工简单。这种曲轴由于结构复杂，加工精度高，因而仅少数机型采用。
（2）、套合式曲轴（全套合或半套合）
它的曲柄销，主轴颈，曲柄臂均分开制造，然后用“红套”或液压压入等方法连接起来。轴和孔的配合的过盈量是轴颈的1.4‰-1.8‰。为了减小应力集中，轴颈与曲柄臂相配合部分的直径加大到轴颈直径的 1.05～1.1倍。目前，套合式曲轴主要应用于曲柄半径大于400～500mm的大型低速柴油机，其中半套合式曲轴应用较多。
（3）、分段式曲轴
大型曲轴由于受到加工设备的限制，往往将曲轴分段制造，然后用凸缘连接起来，这种曲轴称为分段式曲轴。
图3-1
综上所述，此次设计采用整体式曲轴。
由于此次设计的是直列两缸柴油机，故选用平面（图3-1）布置，曲柄互成空间180°夹角，静平衡但动不平衡，该方案的不平衡系数较小，易于采取平衡措施，而且此次设计的是高速柴油机，采用该布置第二阶往复惯性力较小，可以不考虑。
§3.4曲轴材料选择及毛坯制造
常用的曲轴材料有可锻铸铁，合金铸铁，球墨铸铁，碳素钢和合金钢等，相应的毛坯也分为铸造与锻造。
锻造曲轴一般采用中碳钢或者合金钢制造，毛坯生产需要大型锻压设备，虽然毛坯尺寸比较精确，减少了加工余量，提高了材料利用率，此外，锻造能够使材料的金属纤维成方向性排列，纤维方向和曲轴形状大致相符，这大大提高了曲轴的抗拉强度和弯曲疲劳强度。但是锻造曲轴成本过高，大约是球铁曲轴的3-7倍。
虽然铸造曲轴主要是球铁曲轴有很多缺点，例如弯曲疲劳强度比较低，较容易发生断裂，相同尺寸的球铁曲轴与锻造曲轴相比，刚度差。但它的优点也相当明显，例如球墨铸铁曲轴经正火处理后的机械性能已接近蔌超过一般的中碳钢，尽管钢的疲劳强度比球墨铸铁高，但曲轴的结构复杂，钢曲轴难免会有油孔、过渡圆角和材质上留有缺陷面造成应力集中，从面降低了曲轴的疲劳强度。球铁可以铸造出复杂的曲轴形状，使其应力分布均匀，且球墨铸铁对缺口敏感度低、变形小，使球墨铸铁曲轴的实际弯曲的扭转疲劳强度与正火中碳钢相近。球铁曲轴的耐磨性好，吸振能力强，有较好的自润滑和抗氧化性能。
综上分析，我采用球墨铸铁曲轴。
§3.5 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计
在设计汽车拖拉机这一类高速内燃机的曲轴时，它的基本尺寸大多根据结构布置上的要求来确定，再由强度校核修正。因为曲轴与活塞连杆组件和机体有密切的联系，曲轴的设计不能孤立进行。各部分尺寸多以与气缸直径的相对值表示，而气缸直径又是限制曲柄销直径的重要因素。曲柄长度方向
L。
的尺寸基本上决定于气缸中心距
表3-1 曲轴主要结构尺寸的统计范围（车辆用）
(《中国内燃机工程师设计手册》朱仙鼎主编)
1、曲柄销的直径2D 和长度2L
在考虑曲轴轴颈的粗细时，首先是确定曲柄销的直径2D 。在现代发动机
设计中，一般趋向于采用较大的2D 值，以降低曲柄销的比压，提高连杆轴承
工作的可靠性，提高曲轴的刚度。但是，曲柄销加粗伴随着连杆大头加大，使不平衡旋转质量的离心力增大，对曲轴及轴承的工作带来不利。因为随曲柄销直径增大带来的轴系自振频率增加，会被旋转质量增加引起的自振频率下降所抵消，可能增加扭转振动的危害。此外，曲柄销直径增大也会增加轴承摩擦功率损失，导致轴承温度升高，增加润滑油热负荷。为此，曲柄销直径不应取得较大。曲柄销的长度2L 是再选定2D 的基础上考虑的。
根据表3-1，初步选取
曲柄销的直径2D =（0.60~0.70）D=66~77mm, 取2D =70mm;
曲柄销的长度2L =（0.35~0.45）D=38.5~49.6mm, 取2L =42mm []4。
2、主轴颈的直径1D 和长度1L ：
从轴承负荷出发，主轴颈可以比曲柄销细些，因为主轴承最大负荷小于连杆轴承。但是为了最大限度地增加曲轴的刚度，加粗主轴径是有很大好处的。因为第一，加粗主轴径不同于加粗曲柄销那样有很多副作用，加粗主轴颈能增加曲柄轴颈的重叠度，从而提高曲轴刚度，但几乎不增加曲轴的转动
惯量，故可提高自振频率，减轻扭振危害；第二，加粗主轴颈后可以相对缩短其长度，从而给加厚曲柄臂，提高其强度提供可能。
根据表3-1，初步选取
主轴颈直径1D=（0.70~0.80）D=77~88mm取1D=80mm;
主轴颈长度1L=（0.35~0.50）D=38.5~55mm 取1L=40mm[]5。
3、曲柄臂：
曲柄臂是曲轴中最薄弱的部分之一，它在曲柄平面内的抗弯刚度和强度都较差。实践表明：由交变弯曲应力造成的曲柄臂断裂是曲轴的主要损坏型式。曲柄臂应选择适当的厚度，宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。曲柄形状应合理，以改善应力分布。现代高速内燃机曲柄的形状大多采用椭圆形和圆形。试验证明：椭圆形曲柄具有最好的弯曲和扭转刚度。其优点是尽量去掉了受力小或不受力的部分，其重量减轻，应力分布均匀。但加工方法较复杂，采用模锻或铸造的方法可以直接成型。
根据表3-1, 初步选取
曲柄臂厚度h=（0.21~0.28）D=23.3~30.8mm 取h=24mm；
曲柄臂宽度b=（1.05~1.30）D=115.5~143.5mm 取b=120mm[]6。
4、曲轴圆角：
曲轴主轴颈和曲柄臂连接的圆角称为主轴颈圆角，曲柄销和曲柄臂连接的圆角称为曲柄销圆角。
由于曲柄销圆角和主轴颈圆角是曲轴应力最大的部位，且应力沿圆角轮廓分布也极不均匀，故圆角的轮廓设计十分重要。
曲轴圆角半径r应足够大，根据表3-1, r/
D=0.03~0.05=2.1~4.0mm，圆
1
角半径过小会使应力集中严重。为了增大曲轴圆角半径，且不缩短轴颈有效工作长度，可采用沉割圆角，设计沉割圆角时应该保证曲柄臂有足够厚度。曲轴圆角也可由半径不同的二圆弧和三圆弧组成。当各段圆弧半径选择适当时可提高曲轴疲劳强度，增加轴颈有效承载长度。
本次设计遵循以上原则，选取圆角半径r=4mm[]7。
§3.6润滑油道
轴承的工作能力在很大程度上取决于润滑条件。曲轴主轴颈和曲柄销一
曲轴飞轮设计毕业设计说明书
第一章前言 此设计的机器是392柴油机，这种柴油机多用于农用车和轻型轿车。此机为直列四冲程，水冷直喷柴油机，吸气方式为自然吸气，12小时标定功率为22KW（2400r/min），燃油消耗率须低于242g/(kw *h)。从目前的轻型轿车和农用车市场看，柴油机是一个发展趋势，由于用户对汽车动力性的可靠性及排放法规的限制，柴油机在市场上的地位在不断护大，三缸柴油机是农用车和轻型轿车的首选，功率足，体积小，可以满足用户的需求。从研究角度来说，三缸柴油机既有多缸机的结构复杂特点，又有单缸机的结构紧凑特点，研究三缸机的题既可以解决多缸机上的一些问题也可以解决单缸机的问题。从多方面讲三缸柴油机是很有研究和设计价值的。 我设计的题目是曲轴飞轮组。曲轴是内燃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内燃机的整体尺寸和重量，内燃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，设计新型内燃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[1]。近年来随着发动机动力性和可靠性要求援不断提高，曲轴的工作条件越来越不好，曲轴的强度问题也越来越复杂。对曲轴强调确定的方法有两种：试验研究和分析计算[2]。此外，曲轴的平衡也是曲轴设计时的一个重要问题，既要满足平衡又要减小平衡重质量。 飞轮主要有以下作用：1、储存动能,使曲轴转速均匀;2、驱动辅助装置;3、正时调整角度用。飞轮的设计原则是，的质量尽可能小的前提下具有足够的转动惯量，因而轮缘常做的宽厚。在进行曲轴飞轮组设计时曲轴的强度、平衡、飞轮的平衡都是需要注意的问题，其中曲轴的强度是较困难的，需发在低成本的情况下，用普通材料合理进设计结构和工艺，使曲轴满足强度要求。曲轴飞轮组是发动机正常工作的保证，对其进行研究，进行合理地设计，可以满足现代发动机的要求。
柴油机曲轴飞轮组开题报告
河南科技大学（论文）开题报告 （学生填表） 院系：车辆与动力工程学院2013年4月15日课题名称Z398柴油机（曲轴飞轮组）设计 学生姓名刘新胜专业班级热发092班课题类型工程设计 指导教师刘建新职称教授课题来源生产 1.设计（或研究）的依据与意义 柴油机具有良好的经济性、动力性及较高的热效率等显著优点, 在汽车节能等方面有较大的潜力。经过多年的研究和新技术的应用，现代柴油机的现状已与往日不可同日而语。随着电控喷射、高压共轨、涡轮增压、中冷等先进技术的应用，柴油机在重量、噪音、烟度等方面已取得了重大的突破。最先进技术的柴油机，升功率可达到30～ 50kWh/L，扭矩储备系数可达到0.35以上，最低燃油耗可达到198g/kWh，标定功率油耗可达到204g/kWh；柴油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域。我国小缸径多缸增压柴油机已取得了较快的发展，但整个市场的需求还在增长。 农用车是我国的一个特色的运输车品种，农用车投资非常少、产品运输能力强、产出大，正好满足了建设节约型社会、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。而此次研究的Z398柴油机以其设计紧凑,启动轻便,维修简便,技术经济指标先进,能为手扶拖拉机、水泵、电站、运输及多种农副业加工机械和设备作配套动力,在工农业生产中得到广泛的应用，具有很大的农村市场。 随着全球性能源短缺和环境污染问题的日益突出，降低燃油消耗率和排气中的有害气体成分越来越成为了内燃机燃烧系统研究的重要课题。直喷式燃烧系统由于具有良好的燃油经济性，结构简单、启动容易等优点，因此本次设计的Z398柴油机采用直喷式燃烧系统。 曲轴是发动机中最重要的零件之一，发动机的全部功率都是通过它输出的。而且曲轴是在不断周期性变化的力、力矩（包括扭矩和弯矩）的共同作用下工作的，极易产生疲劳破坏。曲轴形状复杂，应力集中严重，因此设计中必须使曲轴有足够的疲劳强度，以保证正常工作。由以上所述可以看出曲轴设计的重要性。本课题主要通过Z398柴油机曲轴的设计研究，设计出合理的曲轴。
柴油机曲轴飞轮设计说明书
第一章前言 1.1柴油机曲轴设计的背景 柴油机具有良好的经济性、动力性及较高的热效率等显著优点, 在汽车节能等方面有较大的潜力。经过多年的研究和新技术的应用，现代柴油机的现状已与往日不可同日而语。随着电控喷射、高压共轨、涡轮增压、中冷等先进技术的应用，柴油机在重量、噪音、烟度等方面已取得了重大的突破。我国小缸径多缸增压柴油机已取得了较快的发展，但整个市场的需求还在增长。2000年，中国4缸以上、缸径小于100mm的多缸机年产量约63.9W台，主要用于农用运输车、轻型车、面包车、轮式拖拉机、中小型工程机械、小型船舶主辅机等。由此可见，小缸径多缸柴油机的市场前景还是很客观的。 四缸柴油机主要应用于中型轮式拖拉机、中型联合收割机、中型工程机械、轻型汽车等的配套。随着人们对柴油机认识的逐步转变，柴油机的应用领域也在不断地扩大。柴油机热效率高，能量利用率高，节能等特点也得到认可。柴油机的供油系统相对简单，柴油机的可靠性也比汽油机好。在相同的功率情况下，柴油机的低速扭矩性较好，功率大，完全符合农用机械的使用要求。 随着电喷、高压共轨、增压中冷等先进技术的应用，柴油机的燃烧不断得到改善，在节能和有害物的排放方面的优势已逐渐显现出来。现代柴油机随着强化程度的提高，柴油机单位功率的比重也明显降低，轻量化、高速化、低油耗、低噪音和低排放成为现代柴油机的发展方向 曲轴是发动机中最重要的零件之一，发动机的全部功率都是通过它输出的。而且曲轴是在不断周期性变化的力、力矩（包括扭矩和弯矩）的共同作用下工作的，极易产生疲劳破坏。曲轴形状复杂，应力集中严重，因此设计中必须使曲轴有足够的疲劳强度，以保证正常工作。 曲轴是柴油发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又
实训一 曲轴飞轮组拆装
实训一：曲轴飞轮组的拆装 一、实训目的及要求 1、熟悉曲轴飞轮组的装配关系和运动情况。 2、掌握曲轴飞轮组拆装方法、步骤。 3、掌握曲轴飞轮组装配要点。 二、实训仪器设备 1、工具：常用工具及专用工具各三套 2、设备：拆装工作台三个 3、教具：桑塔纳JV发动机3台。 三、课时2节 四、实训内容与操作步骤、 （一）、实训内容 1、曲轴飞轮组的拆卸与分解 2、曲轴飞轮组的装配 （二）、操作步骤 1、曲轴飞轮组的拆卸 （1）将气缸倒置在工作台上，拆卸中间轴密封凸缘。 （2）拆卸气缸体前端中间轴密封凸缘中的油封，装配时必须更换。 （3）拆卸中间轴，拆卸皮带盘端曲轴油封，拆卸前油封凸缘及衬垫。 （4）旋出飞轮固定螺栓，从曲轴凸缘上拆下飞轮。 （5）拆下曲轴主轴承盖，不能一次全部拧松，必须分次从两端到中间逐步拧松。 （6）抬下曲轴，再将轴承盖及垫片按原位装回，并将固定螺栓拧入少许。 2、曲轴飞轮的装配 （1）将清洗和擦拭干净的曲轴、飞轮、轴承盖等零件依次摆放整齐，准备装配。 （2）将曲轴安装再缸体上。在第3道主轴颈两侧安装半圆止推片，其开口必须朝向曲轴，定位半圆止推片装于轴承盖上；从中间轴承盖向左右对称紧固螺栓。 （3）安装曲轴前后油封和油封座，安装飞轮和滚针轴承。变速器输入端外端的滚针轴承安装是标记朝外，外端距曲轴曲轴后端面1.5mm。 (4)检验曲轴的轴向间隙。检验时，先用撬棍将曲轴撬挤向一端，再用厚薄规在止推轴承处测量曲柄与止推垫片之间的间隙。新装配时间隙值为0.07-0.17mm，磨损极限为0.25mm。如曲轴轴向间隙过大，应更换止推轴承。 五、主要技术要求及注意事项 1、拆卸曲轴主轴承盖时，注意拆卸顺序，安装曲轴主轴承盖时，应先旋紧第 2、4轴承盖螺栓，再旋紧1、 3、5轴承盖螺栓。 2、安装飞轮时，齿圈上的标记与1缸连杆轴颈再同一个方向上。 3、紧固螺栓应按照技术标准拧紧。 4、曲轴主轴承盖螺栓拧紧力矩65N·m。 5、曲轴前后密封法兰紧固力矩M8为20N·m，M10为10N·m。 6、曲轴后端滚针轴承应低于曲轴后端面1.5mm。 7、飞轮紧固螺栓按对角线，分2—3次旋紧，拧紧力矩为75N·m。 六、作业 1、曲轴飞轮组在拆卸时应注意哪些内容？ 2、曲轴飞轮组在装配时有哪些技术要求？
曲轴飞轮组的认识
课程名称：发动机构造与维修第 6 周次授课时间： 2018 年 4 月日 授课班级1664.1665 学时 4 课程类型综合 课题或 章节题目 项目四、曲轴飞轮组的认识 教学目标1、知识目标：认识曲轴飞轮组各部的功用、原理。 2、技能目标：能够正确拆卸曲轴飞轮组。 3、情感目标：培养学生能团结协作的进取精神。 教学要求1、认识曲轴飞轮组中各个部件名称、作用。 2、能辨别不同类型的减振器，4、6缸的发火顺序。 3、掌握拆卸技巧以及能够进行相应的标记。 教学重点扭转减震器，油封，飞轮的正时标记。 教学难点四缸发动机曲拐的布置，曲轴的定位。 教学方法讲授，演示，讨论 教学手段 教具 通过实物零件，利用多媒体，PPT辅助教学来完成教学目标。 主要教学内容及步骤时间分配（分钟） 一、活塞连杆组的认识 1、曲轴的构造 1）功用、条件和材料 2）曲轴构造 3）前后端的密封及轴向定位4）曲拐的布置 2、飞轮的构造 1）飞轮的功用 2）飞轮的构造 5分 40分 40分 40分 40分
板书设计一、曲轴飞轮组的认识 活塞连杆组由曲轴、飞轮、扭转减震器、正时齿轮和皮带轮等组成。 1、曲轴 功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。 工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。 结构：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。 材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。 分类：整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上） 组成：可分为前端轴、主轴左面、连杆轴颈(曲柄销)、曲柄、平稳重及后端凸缘等。 前端轴和后端轴：前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等） 后端轴：安装飞轮 2、扭转减震器 作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转动平稳，可靠工作。 种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。 3、飞轮 功用：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，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。 飞轮上的标记符号：在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。 例如：解放CA6102型发动机的记号是：上止点 ——— 1—6 奥迪100飞轮上有－“0”标记。 讨论思考题作业1、何为曲拐？ 2、如何对一缸或四缸压缩上止点？ 3、扭转减震器的作用是什么？ 教学后记 1、本次课吸收效果较好，大部分同学能够对好一缸或四缸压缩上止点标记并且能够辨别4缸或6缸发动机的点火顺序。 2、扭转减震器部分学生没有见到实物，会有不清楚的地方，进行实训加强理解认识。
曲轴飞轮组教案
曲轴飞轮组教案 一、教学内容分析 本次课的内容对汽车专业的学生在今后的学习和实践动手操作中起着重要的作用，掌握了发动机曲柄连杆机构的结构、作用和工作过程，学生能更加深刻理解发动机的工作原理和工作过程。 二、三维目标： 知识与技能： 1、掌握曲轴飞轮组的组成、作用、工作过程； 2、掌握曲轴的结构和作用。 3、理解曲轴的支承方式。 过程与方法： 通过这节课的学习，同学们将了解曲轴飞轮组的组成和作用，曲轴的结构和作用，飞轮的主要作用。在讲解这部分内容的时候以多媒体的方式来进行教学，通过课件上的图片或视频的展示，以加强学生对曲轴飞轮组知识的理解。 情感态度与价值观： 通过任务驱动和教师的引导，让学生自主探究学习和小组协作学习，在了解曲轴飞轮组和各部件过程中，树立学习信心，增强对本专业的热爱。 三、教学重难点 1、教学重点：曲轴飞轮组的组成、作用、工作过程； 曲轴的结构和作用； 飞轮的作用。 2、教学难点：曲轴的支承方式。 四、教学方法：讲授法、讨论法、多媒体演示法 五、课时安排： 1课时 六、教学过程： 曲轴飞轮组 复习旧课：回顾曲柄连杆机构的组成部分，用提问的方式检验学生的掌握程度。 设计意图： 1）通过提问，可以让同学们集中注意力； 2）通过提问，让学生回顾曲柄连杆机构的有关知识，将有利于学生对曲轴飞轮组成这部分内容的学习。 引入新课：在本课教学开始，利用上个环节的提问内容来引出本次课将学的内容，并提醒学生本次课内容的重点。 一、曲轴飞轮组 1、观看曲轴飞轮组相关视频。 学生带着问题观看相关视频，问题如下： （1）、同学们从视频中看到了什么 （2）、曲轴飞轮组的作用和组成是什么 2、小组讨论： 引导学生通过观看视频回答问题。
任务曲轴飞轮组的拆装
江苏省盐城技师学院教案首页 编号:YJQD-0507-07版本:B/0流水号:编制:审核:批准: 课题:任务曲轴飞轮组的拆装 教学目的、要求：1、了解发动机曲轴飞轮组的组成 2、掌握发动机曲轴飞轮组的拆装教学重点、难点：曲轴飞轮组的拆装教学方法:讲解、示范 教学参考及教具（含电教设备：发动机拆装台架 授课执行情况及分析： 板书或教学设计： 任务曲轴飞轮组的拆装 一.发动机曲轴飞轮组的拆卸步骤 二.发动机曲轴飞轮组的装配步骤 三.注意事项及技术要求 飞轮的拆装 2.轴承盖的拆装 3、止推片的装配
任务曲轴飞轮组的拆装 I入门指导 一、组织教学 1组织学生进入实习教室，检查学生的出勤情况，工作服穿戴，校牌配带情况。 2对学生进行实习文明安全教育。 3复习提问 1汽车活塞连杆组的组成？ 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成 二、导入新课 一辆赛拉图在行驶了65000km后发动机启动困难，在启动时产生响声，且气缸压力不足，在维修技师的诊断后发现问题出在机械部分，曲柄连杆机构出现问题。在拆下发动机后发现活塞环卡死在3号缸里造成活塞间隙大，产生响声，压力不足,使发动机起动困难、功率下降从而使机油变质。 三、相关知识 曲轴飞轮组的结构 曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。 1、曲轴 曲轴是发动机最重要的机件之一。 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。 曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。 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。 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。 全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承,曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。 非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。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，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。 四行程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈，其转角为720 °在曲轴转角720内发动机的每个气缸应该点火作功一次。 (1四缸四行程发动机的发火顺序
曲轴飞轮组故障排除教案
曲轴飞轮机构故障排除学习任务教案
专业汽车维修一体化课程汽车发动机维修 学习任务曲轴飞轮机构故障排除课时20课时 教学对象实验班 一、学习任务分析 1、通过咨询客户（教师或学生扮演）和使用车辆信息系统填写任务工单内容 2、接受教师提出的工作任务，聆听教师对汽缸盖及曲柄连杆机构相关内容及拆装注意事项的讲解 3、派发任务工单，学生通过查阅维修资料，填写维修工单部分内容 4、学生分组进行曲柄连杆机构的拆检，完成后进行评价 二、学习者分析 能熟练使用发动机常用拆装工具，对发动机总体构成有了一定认知，已学习完发动机曲柄连杆机构的相关知识，能独立完成曲柄连杆机构的拆装，具备利用书籍、维修手册、互联网查阅相关资料的能力，已具备识读、分析维修工单的能力。 三、学习目标 1、能执行7s及发动机拆装安全操作规程，牢固树立安全规范操作意识。 2、能通过与客户沟通获取维修信息，能独立查阅维修手册等相关技术资料获取车 辆信息。 3、能描述发动机曲柄连杆机构的组成与工作原理，能描述工具的使用方法。 4、能正确拆装发动机曲柄连杆机构，能描述曲柄连杆机构、气门组和气门传动组 的作用及装配关系。 5、能主动获取有关信息，展示工作成果，进行总结、反思，能与其他人合作，进 行有效沟通，提升团队协作能力和交流沟通能力。 三、教学策略
教学活动1：客户报修、车辆问诊（15分钟） 教学活动2：发动机曲柄连杆机构的组成与功用说明（20分钟） 教学活动3：确定故障点（气门间隙过大），排除故障（调气门）（40分钟） 教学活动4：作业、学习成果展示、汇报与评价（15分钟） 四、教学环境及资源准备 理实一体化实训室一间，投影与幻灯片播放设备齐全。 东风EQ6102发动机台架、专用工具、套筒扳手、梅花扳手、开口扳手、塞尺、外径千分尺、维修手册、维修工单、多媒体及已联网的电脑。 五、教学过程 教学活动一：客户报修、车辆问诊（15分钟） 教学目标：1、接车单的填写 2、客户交流与车辆问诊 教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图 接车及任 务工单的填写(任务工单见附件) 描述任务项 目，指导学生 正确填写任务 工单 通过咨询客户 （教师或学生 扮演）和使用 车辆信息系 统，填写任务 工单 提升口头表达 能力、沟通交 流能力 客户交流与车辆问诊运用初步诊断经常采用的方法， 初步诊断车辆的故障原因 提示学生诊断 的方法，接受 学生的咨询及 监控学生的讨 论 运用初步诊断 经常采用的方 法，初步诊断 车辆的故障原 因 提升语言表达 能力、沟通交 流能力、判断 力 教学活动二：发动机曲柄连杆机构的组成与功用说明（20分钟）
柴油机曲轴飞轮设计说明书
柴油机曲轴飞轮设计说明书
第一章前言 1.1柴油机曲轴设计的背景 柴油机具有良好的经济性、动力性及较高的热效率等显著优点, 在汽车节能等方面有较大的潜力。经过多年的研究和新技术的应用，现代柴油机的现状已与往日不可同日而语。随着电控喷射、高压共轨、涡轮增压、中冷等先进技术的应用，柴油机在重量、噪音、烟 度等方面已取得了重大的突破。我国小缸径多缸增压柴油机已取得 了较快的发展，但整个市场的需求还在增长。2000年，中国4缸以上、缸径小于100mm的多缸机年产量约63.9W台，主要用于农用运输车、轻型车、面包车、轮式拖拉机、中小型工程机械、小型船舶主辅机等。由此可见，小缸径多缸柴油机的市场前景还是很客观的。 四缸柴油机主要应用于中型轮式拖拉机、中型联合收割机、中 型工程机械、轻型汽车等的配套。随着人们对柴油机认识的逐步转变，柴油机的应用领域也在不断地扩大。柴油机热效率高，能量利 用率高，节能等特点也得到认可。柴油机的供油系统相对简单，柴 油机的可靠性也比汽油机好。在相同的功率情况下，柴油机的低速 扭矩性较好，功率大，完全符合农用机械的使用要求。 随着电喷、高压共轨、增压中冷等先进技术的应用，柴油机的 燃烧不断得到改善，在节能和有害物的排放方面的优势已逐渐显现 出来。现代柴油机随着强化程度的提高，柴油机单位功率的比重也 明显降低，轻量化、高速化、低油耗、低噪音和低排放成为现代柴 油机的发展方向 曲轴是发动机中最重要的零件之一，发动机的全部功率都是通 过它输出的。而且曲轴是在不断周期性变化的力、力矩（包括扭矩 和弯矩）的共同作用下工作的，极易产生疲劳破坏。曲轴形状复杂，应力集中严重，因此设计中必须使曲轴有足够的疲劳强度，以保证 正常工作。 曲轴是柴油发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一 定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲
曲轴飞轮设计.
目录 1 绪论 1.1 选题背景及意义 1.2 汽车发动机曲轴飞轮组的研究现状 1.3 本次设计的主要任务和目标 2 汽车发动机曲轴飞轮组概述 2.1 曲轴 2.2 扭转减震器 2.3 飞轮 3 汽车动机曲轴飞轮组的设计 3.1 汽车动机曲轴飞轮组总体设计方案的确定 3.2 汽车发动机曲轴零件结构设计 （1）曲轴的概述 （2）曲轴的设计步骤 （3）曲轴的结构型式及其选择 （4）曲轴材料选择及毛坯制造 3.2.2 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 （1）主要尺寸 （2）一些细节设计 3.2.3 曲轴强度的校核 （1）静强度计算 （2）连杆轴颈的计算 （3）曲柄臂的计算 3.2.4 曲轴疲劳强度校核 （1）主轴颈的计算 （2）曲柄臂的计算 3.3 汽车发动机飞轮的设计 3.3.1 主要部件的设计 （1） （2） 4 结论与展望 参考文献 致谢 附件
绪论 近年来随着社会的发展，随着经济的发展，汽油机越来越被现代人所认可。其优点在于其体积小、重量轻、价格便宜；起动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小，因此，在载客汽车，特别是轿车中，汽油机得到了广泛的应用，特别是在我们国家目前生产的绝大多数轿车，都是采用汽油发动机作为自己的动力系统。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销量的很大部分，美国市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国汽车行业内外环境，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。小型运货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。目前我国西部地区仍然大量需要小型载货车，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。 曲轴是发动机中最重要的零件之一，发动机的全部功率都是通过它输出的。而且曲轴是在不断周期性变化的力、力矩（包括扭矩和弯矩）的共同作用下工作的，极易产生疲劳破坏。曲轴形状复杂，应力集中严重，因此设计中必须使曲轴有足够的疲劳强度，以保证正常工作。曲轴是汽油发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又是由主轴颈、曲柄销及曲柄臂组成。曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和汽油机发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的力，惯性力和它们的力矩作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大影响。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面质量要求相当高。 曲轴中几个主要加工表面，连杆表面，轴承轴颈及锥面键槽的精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光。所以研究曲轴加工工艺对曲轴的生产具有一定的实际意义。 1.2汽车曲轴飞轮组的研究现状 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，
实训五：曲轴飞轮组拆装与检测
实训五：曲轴飞轮组的拆装与检测 一、实训目的及要求 1、熟悉曲轴飞轮组各部件的名称、作用和结构特点。 2、掌握曲轴飞轮组拆装方法、步骤。 3、掌握曲轴飞轮组的检修方法。 4、能正确使用工量具。 二、实训仪器设备 1、工具：常用工具及专用工具各三套 2、设备：拆装工作台三个、发动机三台 3、耗材：汽油、机油、毛巾、密封胶、润滑脂 三、课时 2 节 四、相关内容： 1、曲轴飞轮组的作用：承受连杆传来的力并通过飞轮输出、驱动发动机的配气机构及其他辅助装置。 2、曲轴飞轮组的机构图 3、曲轴 （1）组成：前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。 （2）曲轴的轴向定位：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。 4、飞轮 （1）作用：贮存和能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，使发动机运转平稳，利用飞轮上的齿圈起动时传力，将动力传给离合器，克服短暂的超负荷。 （2）构造：飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘，有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙。 五、实训内容与操作步骤、 1、曲轴飞轮组的拆卸 (1)将气缸倒置在工作台上，拆卸中间轴密封凸缘。 (2)拆卸气缸体前端中间轴及密封凸缘中的油封。
(3 )用17mm套筒和扭力扳手拆下曲轴正时齿轮。 (4)用12mm套筒和扭力，依次对角分2-3次拧下曲轴前油封座的7个固定螺栓。 ( 5)用橡胶锤向外轻轻敲击并取下前油封座。 (6)用专用工具固定住飞轮，依次对角分 2-3 次拧下飞轮上的 6个固定螺栓，取下飞轮(注意：修理厂工人一般用一字起子固定住飞轮) 。 (7)用10mn梅花扳手，依次对角分2-3次拧下曲轴后油封凸缘的 6个固定螺栓。 (8)用橡皮锤轻击并取下曲轴后油封座。 (9)按照从两边向中间对称的顺序分2-3 次均匀拆下轴承盖上的 10个固定螺栓。 (10)使用拆下的轴承盖的螺栓，前后撬动并拆下主轴承盖和止推垫片，并按照顺序放好 ( 止推垫片只在 3 号主轴承盖处 ) 。 ( 1 1 )向上取出曲轴，必须保持曲轴水平，并将曲轴垂直立于工作台面上。 (12)去下轴承座轴瓦和轴承盖上的轴瓦，并按顺序摆好。 2、曲轴飞轮组的清洗 (1 )用铲刀清除汽缸体下平面上的密封垫黏结物(注意：不要刮伤汽缸体下平面) 。 (2)用汽油清洗曲轴、轴承盖、轴瓦、、曲轴主轴承上瓦、曲轴止推垫片、汽缸体。 (3)用压缩空气吹干净汽缸体、轴承盖及轴瓦、曲轴主轴承上瓦、止推垫片，并吹通主轴承座上的各油道、曲轴上的各油道。 3、曲轴飞轮组的安装 ( 1 )安装汽缸体主轴瓦上瓦，在汽缸体各主轴承座上涂上机油，将各道主轴颈上瓦安装在相应的轴承座内，在装好的主轴瓦上涂上机油。 (2)安装曲轴。 (3)安装轴承盖轴瓦，在轴承盖上涂抹机油，将各道主轴颈下瓦安装在相应的轴承盖内并按顺序摆好(注意：轴瓦上的凸起和轴承盖的凹槽要对准) (4)安装轴承盖(注意：安装时应注意轴承盖的顺序和方向，不能互换，每个轴承盖都有代号和向前标记 )。 ①. 在主轴颈上涂上机油，安装中间轴承盖的止推片(注意：止推片的油槽朝外) 。 ②. 安装中间轴承盖，并用手拧上他的螺栓，按轴承盖上的顺序号将其他 4个轴承该和螺栓 拧上。 ③. 用手锤轻击各轴承盖，使轴承盖面和汽缸体轴承座端面贴合。 ④.用14mm套筒和扭力扳手，分 2-3次从中间向两边均匀拧紧 10个主轴承盖螺栓，扭矩 60N.m。 (5)检验曲轴的轴向间隙。检验时，先用撬棍将曲轴撬挤向一端，再用厚薄规在止推轴承 处测量曲柄与止推垫片之间的间隙。新装配时间隙值为0.07-0.17mm，磨损极限为0.25mm。 如曲轴轴向间隙过大，应更换止推片。 (6)在曲轴前油封座上涂上密封胶，在油封唇部涂上润滑脂，安装前油封座并依次对角分 2-3 次拧紧 7 个固定螺栓，扭矩 22N.m。 (7)在曲轴后油封座上涂上密封胶，在油封唇部涂上润滑脂，安装后油封座并依次对角分 2-3次拧紧6个固定螺栓，扭矩10N.m。 (8)用一字起子固定飞轮，依次对角分 2-3 次拧上飞轮上的 6 个固定螺栓，扭矩 60N.m。 (9)安装曲轴正时齿轮并上紧，扭矩75 N.m。
毕业设计-曲轴飞轮
2110柴油机(曲轴飞轮)设计 摘要 2110柴油机是在2100柴油机的基础上自行改进与开发研制的新型、中等功率、节能的柴油机。目前，该机型已经广泛运用于我国的农用工程机械，小型发电等领域。2110柴油机与同类机型相比，具有先进的动力性，经济性和可靠性，在国内农用机械用户中具有很强的优势。与2100系列柴油机相比，2110柴油机主要在发动机机体、气缸盖、活塞连杆总成、曲轴、燃油系统等方面进行了优化、强化设计，使发动机在动力性、经济性等方面有较大的提高，也实现了增加其运用范围的目的。 本文主要介绍了2110柴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2110柴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。 本文运用到了UG三维软件制图，用以解决曲轴的油道与曲柄销减重孔的干涉问题，同时用Ricardo计算方法解决曲轴疲劳强度问题。本文综合性的对曲轴飞轮组的设计问题进行了研究。 关键词：柴油机，曲轴，飞轮，UG THE DESIGN OF 2110 DIESEL ENGINE(CRANKSHAFTandFLYWHEEL) ABSTRACT On the basis of the 385 diesel engine, 2110 diesel engine improve to a new style, which is high-speed, medium-power and energy-saving diesel engine. At present, the models have been widely used in China's agricultural engineering machinery, small power generation. Compared with similar type diesel engine ，2110 diesel engine has advanced performance, economy and reliability in the
曲轴飞轮课程设计序言
序言 机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 一、零件的分析 (一)、零件的作用 题目所给的零件时风牌农业运输车的曲轴飞轮端（见零件图）。曲轴是组成发动机的重要零件之一，它的作用是将活塞的往返直线运动变为旋转运动，并通过在零件倒锥1:10处的键槽处安装键来传递扭矩，将这一旋转运动传递给其它工作机械。螺纹轴颈的作用是为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，亦称反油螺纹。在零件1 .00 5.70 mm 处有一 ￠6mm 的油道，工作时起润滑作用。
（二）零件的工艺分析 曲轴飞轮端零件需要加工的表面及要求如下： 螺纹轴颈M44×2-6h及倒角C2，空刀槽￠41，宽4mm 及倒角R1，1:10的倒锥，键槽14×40，外圆￠50.51.0 +mm,￠1.005.70+mm及两处倒圆R5mm, ￠90mm的外圆凸 台，油槽￠6mm,飞轮直径￠192，宽30mm，及两处倒角R3mm。 油槽与外圆柱面的位置要求为：夹角64°，槽中心到￠50.51.0 +圆柱端面的距离为20mm。
二、工艺规程设计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为球墨铸铁QT700-2。由于零件的生产纲领为中批量，故用消失模铸造。 （二）基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。 1）粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准。 对本零件而言，则应以飞轮大端作为主要的定位粗 基准。 2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据”基准重合“原则和”基准统一“原 则。当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸 换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 （三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能达到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的情况下，可以考
三缸柴油机曲轴飞轮设计-开题报告
********************** （学生填表） 院系：****************** 2012年03月12日课题名称383柴油机（曲轴飞轮组）设计 学生姓名专业班级课题类型工程设计 指导教师职称副教授课题来源生产 1.设计（或研究）的依据与意义 柴油机具有良好的经济性、动力性及较高的热效率等显著优点, 在汽车节能等方面有较大的潜力。经过多年的研究和新技术的应用，现代柴油机的现状已与往日不可同日而语。随着电控喷射、高压共轨、涡轮增压、中冷等先进技术的应用，柴油机在重量、噪音、烟度等方面已取得了重大的突破。我国小缸径多缸增压柴油机已取得了较快的发展，但整个市场的需求还在增长。2000年，中国3缸以上、缸径小于100mm的多缸机年产量约63.9W台，主要用于农用运输车、轻型车、面包车、轮式拖拉机、中小型工程机械、小型船舶主辅机等。由此可见，小缸径多缸柴油机的市场前景还是很客观的。 383系列柴油机主要应用于中小型轮式拖拉机、小型联合收割机、小型工程机械、轻型汽车等的配套。随着人们对柴油机认识的逐步转变，柴油机的应用领域也在不断地扩大。柴油机热效率高，能量利用率高，节能等特点也得到认可。柴油机的供油系统相对简单，柴油机的可靠性也比汽油机好。在相同的功率情况下，柴油机的低速扭矩性较好，功率大，完全符合农用机械的使用要求。 随着电喷、高压共轨、增压中冷等先进技术的应用，柴油机的燃烧不断得到改善，在节能和有害物的排放方面的优势已逐渐显现出来。现代柴油机随着强化程度的提高，柴油机单位功率的比重也明显降低，轻量化、高速化、低油耗、低噪音和低排放成为现代柴油机的发展方向曲轴是发动机中最重要的零件之一，发动机的全部功率都是通过它输出的。而且曲轴是在不断周期性变化的力、力矩（包括扭矩和弯矩）的共同作用下工作的，极易产生疲劳破坏。曲轴形状复杂，应力集中严重，因此设计中必须使曲轴有足够的疲劳强度，以保证正常工作。 曲轴是柴油发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又是由主轴颈、曲柄销及曲柄臂组成[1]。曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和柴油机发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的力，惯性力和它们的力矩作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大影响。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面质量要求相当高。曲轴中几个主要加工表面，连杆表面，轴承轴颈及锥面键槽的精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光。所以研究曲轴加工工艺对曲轴的生产具有一定的实际意义[2]。 所有的往复式内燃机在工作过程中都会产生旋转惯性力及往复惯性力，其大小和方向都是周期性变化的。这些力如果不在机内加以平衡，则是引起发动机振动的根源。而383柴油机，由于它的的三个曲拐呈空间布置，各自间隔120°，它的一阶惯性力和二阶惯性力都不平衡，因此必须在曲轴上添加平衡重。三缸机的平衡重的添加有三种方案，两平衡块法、四平衡块法、六平衡块法。383柴油机采用六平衡块，即在每个曲拐的两侧各添加一个平衡块。此种方法，能满足曲轴及整机的平衡问题，并且是整个曲轴的质量分布较均匀，平衡块的质量也较另外两种平衡方法的轻。有利于该型柴油机的高速化。