發(fā)動機(jī)曲軸的設(shè)計如何影響發(fā)動機(jī)性能

發(fā)動機(jī)曲軸的設(shè)計對發(fā)動機(jī)性能有著多方面的重要影響。

首先是材料選擇,如 40CrNiMoA 等高強(qiáng)度且韌性良好的材料能確保曲軸的耐用性。

模鍛型腔分模面設(shè)計要依據(jù)零件外形,沿曲柄外形曲面分模,這樣可自然出模,減少加工余塊和量。

產(chǎn)品基準(zhǔn)選擇上,設(shè)計與加工基準(zhǔn)統(tǒng)一,便于機(jī)加找正定位中心,減少累計公差。

通過數(shù)值模擬優(yōu)化毛邊槽設(shè)計,對于水平方向不易充滿的中部曲柄部分,下模不增設(shè)橋部,只保留上模橋部。

校正模具型腔時,選擇兩頭主軸及連桿頸為校正部位,校正模收縮率為 1.0%至 1.2%。

模鍛成形環(huán)節(jié),先將臥鍵裝在模具上并用銷固定,預(yù)熱模具,采用機(jī)油加石墨潤滑,用天然氣加熱爐加熱毛坯,充分保溫后轉(zhuǎn)移至預(yù)熱模具,先輕擊再重?fù)舫尚尾⒖绽洹?/p>

熱處理采用電阻爐正火,單層擺放鍛件底部增加支架防變形。

在 3D 設(shè)計中,新建曲軸文件改單位為英制 in,在 YZ 工作平面繪制草圖并多次拉伸不同部位,在不同平面操作創(chuàng)建孔特征和圓柱體并進(jìn)行布爾運(yùn)算。

曲拐布置方式很關(guān)鍵,直列發(fā)動機(jī)每個氣缸對應(yīng)一個曲拐,V 型布局曲拐數(shù)量是氣缸的一半。如 90°和 120°為空間曲拐,180°為平面曲拐。布置要考慮多因素,保證同時做功的氣缸距離遠(yuǎn)以維持平衡。

美式 V8 發(fā)動機(jī)曲拐互成 90°的空間布置運(yùn)轉(zhuǎn)平順,NVH 表現(xiàn)好,養(yǎng)護(hù)成本低,但占空間大,性能一般。

歐系 V8 發(fā)動機(jī) 180°的平面布置設(shè)計緊湊,整備質(zhì)量輕,轉(zhuǎn)動慣量小,能迅速達(dá)到轉(zhuǎn)速區(qū)間輸出強(qiáng)動力,但運(yùn)轉(zhuǎn)振動大,需加平衡軸。

有限元分析在曲軸設(shè)計中廣泛應(yīng)用,能更準(zhǔn)確核算強(qiáng)度。

對于重卡直列六缸內(nèi)燃機(jī),增大過渡圓角半徑能增加疲勞強(qiáng)度,但軸頸承壓有效長度會減小,軸承承壓面積也會減小。一般過渡圓角半徑與主軸頸直徑比值在 0.03 至 0.09,重卡直列六缸內(nèi)燃機(jī)左式曲軸主軸頸直徑為 100mm,過渡圓角半徑宜為 3 至 9mm。

通過靜力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)和企業(yè)調(diào)研,適當(dāng)增加曲軸軸頸與曲柄臂的過渡圓角半徑,能降低早期故障率,減少最大應(yīng)力值。

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