曲軸的工作原理是怎樣的
曲軸的工作原理是承受連桿傳來的力,將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩后通過自身輸出,以此驅(qū)動發(fā)動機(jī)其他附件工作。在發(fā)動機(jī)運(yùn)行中,燃料燃燒產(chǎn)生的氣體壓力推動活塞做往復(fù)直線運(yùn)動,經(jīng)活塞銷、連桿傳遞到曲軸,曲軸便把這種往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。而且在這一過程中,曲軸還得承受多種力帶來的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷 。
具體而言,曲軸受到的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力,是由于曲軸自身以及與之相連的一些部件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),因質(zhì)量分布而產(chǎn)生的向外甩的力。這種力會讓曲軸有向外擴(kuò)張、偏離原有旋轉(zhuǎn)軌跡的趨勢。
周期變化的氣體慣性力,源自燃料燃燒后氣體的膨脹和收縮等周期性變化。當(dāng)氣體迅速膨脹推動活塞時(shí),會通過連桿對曲軸施加一個(gè)強(qiáng)大的力,而在氣體狀態(tài)改變的不同階段,這個(gè)力的大小和方向也在不斷變化,這就形成了周期變化的氣體慣性力,不斷沖擊著曲軸。
往復(fù)慣性力則是由活塞、活塞銷等部件的往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生。這些部件在氣缸內(nèi)高速地來回運(yùn)動,在加速和減速過程中會產(chǎn)生慣性力,通過連桿傳遞給曲軸。
為了更好地應(yīng)對這些復(fù)雜的工況和載荷,曲軸在設(shè)計(jì)和制造上也有諸多考量。曲軸軸頸常作成中空,這樣既能減小質(zhì)量,降低旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力,又能在一定程度上減輕自身重量,提升發(fā)動機(jī)的整體效率。每個(gè)軸頸表面還開有油孔,這些油孔能讓潤滑油順暢地到達(dá)需要潤滑的部位,保證曲軸與連桿大頭軸瓦等關(guān)鍵部位的良好潤滑,減少磨損,延長使用壽命。而且,為減少應(yīng)力集中,主軸頸、曲柄銷與曲柄臂的連接處采用過渡圓弧連接,使力的傳遞更加平穩(wěn),避免因應(yīng)力過于集中而導(dǎo)致部件損壞。
曲軸的工作原理雖然看似復(fù)雜,但它卻是發(fā)動機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行、輸出動力的關(guān)鍵所在。它巧妙地將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,同時(shí)又能承受各種復(fù)雜的力的作用,為發(fā)動機(jī)及整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)源源不斷地提供動力 ,是汽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域一項(xiàng)極為精妙的設(shè)計(jì)。
(圖/文/攝:太平洋汽車 整理于互聯(lián)網(wǎng))
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