【摘要】 在工作沖程中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在高溫高壓氣體的推動(dòng)下，將活塞所作的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S、飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即把燃油燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S、飛輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。

【關(guān)鍵詞】 曲軸 飛輪 熱能 機(jī)械能

Abstract:In the work， the crank rod system which drives by the high temperature and high pressure gas changes the linear motion of the pistons into the rotation motion of the crank-

shaft， flywheel， namely， the heat energy of fuel combustion is changed into the mechanical energy from the crankshaft， flywheel spinning.

1. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的載荷計(jì)算

曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)見(jiàn)圖如圖所示。A點(diǎn)表示曲軸的旋轉(zhuǎn)中心，B點(diǎn)表示連桿與曲柄的連接點(diǎn)，C點(diǎn)表示連桿與滑塊的連接點(diǎn)，AB表示曲柄半徑，BC表示連桿長(zhǎng)度。

滑塊受力分析:即又腔內(nèi)傳來(lái)的壓力，作用于上面的外部載荷包括工作載荷Fg、導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由于速度變化而產(chǎn)生 的慣性力Fa。

1.1工作載荷:

F=P·S =0.98Mpa×3.14×0.01m2=30772N

=30KN

1.2導(dǎo)軌摩擦載荷:Ff =μ(G+FN)

其中，G——運(yùn)動(dòng)部件受重力;

FN ——外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力;

由設(shè)計(jì)參數(shù)，滑桿的體積

=3.14×0.0332 ×0.1=0.00034m3

由于鐵的密度為，所以活塞桿的重力為:

查表可以得到， ，且FN=0，所以代入公式得:

1.3慣性載荷

慣性載荷的計(jì)算公式為

一般 所以慣性載荷為:

綜上，所以總的載荷為:

2.曲軸主要參數(shù)的設(shè)計(jì)

2.1主軸頸的直徑d0

其中，Pg為公稱壓力，單位為KN，由設(shè)計(jì)值Pg=30.8KN;代入， 取30mm。

2.2曲柄銷直徑dA

dA(1.1~1.4)d0，取為 35mm。

2.3軸頸長(zhǎng)度

，取為40mm。

2.4支承軸長(zhǎng)度l0

l0=(1.5~2.2) d0 ，取為45mm。

2.5圓角半徑r

r=(0.08~0.10)d0 ，取為3mm。

2.6曲柄厚度s

s=(0.5~0.6)d0 ，取為15mm。

3.連桿的設(shè)計(jì)

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，從而推動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，其兩端給安裝一個(gè)軸承，分別連接活塞銷于曲軸銷。連桿于活塞連接的部分稱為連桿小頭，與曲軸銷連接的部分稱為連桿大頭，中間的部分稱為桿身。為了潤(rùn)滑活塞銷和軸承，連桿小頭鉆有集油孔或銑有油槽，用以收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被激漲起來(lái)的機(jī)油，以便潤(rùn)滑。連桿桿身通常做成“工”字形斷面，以保證在合適的剛度和強(qiáng)度下有最小的質(zhì)量。連桿大頭有剖分式和整體式兩種。整體式連桿倒頭相應(yīng)的曲軸采用組合式曲軸，用軸承與曲柄銷相連。連桿大頭的內(nèi)孔表面有很高的關(guān)潔度，以便與連桿軸瓦(或滾針軸承)緊密結(jié)合。

3.1連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1.1絕大多數(shù)情況下，小頭總是采用滑動(dòng)軸承的。

3.1.2設(shè)計(jì)連桿大頭時(shí)，應(yīng)在保證強(qiáng)度和剛度的條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。

3.1.3為了減少應(yīng)力集中，連桿大頭處各處形狀都應(yīng)圓滑。

3.1.4連桿小頭不僅要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還要考慮小頭軸瓦的摩擦，磨損問(wèn)題。

3.1.5連桿小頭上應(yīng)設(shè)有合適的油孔或油槽。

3.1.6要有足夠的強(qiáng)度，保證其在脈動(dòng)的活塞力的作用下，不會(huì)發(fā)生失效破壞。

3.1.7大小頭和桿身要有足夠的剛度，防止其承受拉壓載荷時(shí)發(fā)生過(guò)大的變形。

4.軸承的選取

選用的是深溝球軸承6007，其參數(shù)為

C=31200，Co=22200.

根據(jù)受力分析，R=30800N，

因?yàn)镕a=0N，

所以R=30800N，A=0N，X1=0.56，R1 =17246

校核軸承壽命

其中，，對(duì)于深溝球軸承，C=3，

代入公式中，得

一般要求，

，所以符合使用條件。

5.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用

在工作沖程中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在高溫高壓氣體的推動(dòng)下，將活塞所作的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S、飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即把燃油燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S、飛輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。

進(jìn)氣沖程時(shí)，活塞向下止點(diǎn)移動(dòng)吸入新鮮空氣;壓縮沖程結(jié)束時(shí)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的活塞、活塞環(huán)與缸體和缸蓋組成燃燒室空間，使空氣升壓升溫，提供燃油與空氣混合燃燒的條件。

排氣沖程時(shí)，活塞向上止點(diǎn)移動(dòng)，將氣缸內(nèi)燃燒后的廢氣排入大氣。在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程及排氣沖程，曲柄連桿機(jī)構(gòu)將曲軸和飛輪的慣性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的工作循環(huán)。

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(作者單位:沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院)