主要零部件的设计和强度校核

1、4主要零部件的设计和强度校核4.1曲轴的尺寸及强度校核、曲轴的尺寸设计曲轴的结构尺寸如下图所示:- 1 T一_IZU昌i、曲轴的校核 1、受力分析1） 被校核曲轴的结构尺寸如图所示。靠近轴承B的一列布置n级气缸，靠近轴承 C的一列布置I级气缸。2）按照强度计算和刚度计算的需要，从动力计算提供的各列活塞力表、 切向力表和法向力表，找出曲轴的几个特殊旋转位置，再找出与1、 2、 3、相应的法向力Rx'、Rx'，切向力T、T'和输入扭矩M。在表1中，列出根据n级气缸所在列确定的几个曲轴特殊旋转位置。3）根据曲轴结构尺寸图和表1中的已知数据，按1表5-2公式计算支反力，计算结果

2、填入表1。4） 按照强度计算和刚度计算的需要，根据曲轴结构尺寸图和表1中的数据，按1表5-3公式，计算曲轴在各个特殊旋转位置时有关截面上的弯矩、扭矩、轴力。计算结果列入表2。表1曲轴所受外力序号曲轴旋转位置特点曲柄转角（度）n级列I级列M （ 斤- 米）公厘Nbz（公斤）Ny（公斤）Ncz（公斤）Ncy（公斤）M 0（公斤）Rx' = Rx2（公斤）T' = T（公斤）Rx = RX1（公斤）T =T1（公斤）1n列综合活塞力最大绝对值40225927592399266637884725973-865-88002输入扭矩最大值28022830511952610396278911

3、87-56-74603输入扭矩最小值340615-2861927-896-8274-222103-109050704n列法向力最大值30253826253230278730668639843-1331-100505n列法向力最小值110-9221388572861-2093150表2 曲轴内力序号轴旋转位置特点曲柄转角Qi（度）曲轴截面i-i绕y轴弯矩Miy（公斤-厘米）绕z轴弯矩Miz（公斤-厘米）绕x轴弯矩Mix（公斤-厘米）轴力Qi静强度计算用1n列综合活塞最大绝对值409-95197776631164一8-8-940222341537415342输入扭矩最大值

4、2809-97731043331318一8-82172199812683139疲劳强度计算用2输入扭矩最大值2809-9一31318一3输入扭矩最小值3409-9一一-8995一4n列法向力最大值308-8-4676一一一5n列法向力最小值1108-8-5272一一一刚度计算用1n列综合活塞最大绝对值4030 - 3000一一9。- 9063295404一一60 - 60-3696-7061一一40 - 4000一一2强度计算1）静强度计算以9-9截面和8-8-截面为例，按n式5-29、5-24、5-26、5-27、5-28进行计算，计算结果列入表 3。表3静强度计算结果序号轴旋转位置曲柄转角

5、曲轴截面危险点安全系数许用安全是否特点Qii-in系数安全（度）n1n列综合活塞最大绝对值409-915一一一4.5安全8-8短轴端点一15.8一一5安全长轴端点一一12.1一5安全矩形角点一一一18.25安全2输入扭矩最大值2809-914.9一一一4.5安全8-8短轴端点一19.3一一5安全长轴端点一一14.5一5安全矩形角点一一一225安全2）疲劳强度计算以9-9截面和8-8截面所在过渡圆为例，过渡圆角半径为5毫米，按n式5-35、5-54、5-51、5-33、图5-49、5-50、5-51进行计算，计算结果列入表4。表4疲劳强度计算结果序号轴旋转位置特点曲柄转角a（公斤曲轴厘截面2）i

6、-ia（公斤/厘米2）a（公斤/厘米2）KK安全系数n许用安全系数n是否安全2输入扭矩最大值2809-91030.63.45.92.62.5安全3输入扭矩最小值3404n列法向力最大值305n列法向力最小值1108-8145.94.2连杆的尺寸设计及强度校核、连杆的尺寸设计根据计算得连杆各主要尺寸，画出连杆结构图，如下所示:rI痊-I11i 1 i 0 0 !连杆主要尺寸的确定如表一所示序号名称代号单位公式、参数的选择和计算说明1最大活塞力PKgP=4032已知条件2曲柄半径RCmR § 14 7 2 2已知行程，S=143连杆长度LCmL R 7350.2热力计算已知=0.24曲柄

7、销直径DCmD=10查1表5-135大头孔直径DiCmD1 =10.7查1表5-136小头衬套内径dCmd=5.5查1表5-137小头衬套宽度bCmb=(11.4)d=6查1表5-118小头衬套厚度SCmS=(0.060.08)d=0.3859小头孔直径diCmd1=6.3查1表5-1310杆体中间直径dmCmdm (1.65 2.45)用 41 式 5-45连杆的主要尺寸表11杆体中间面积Fm2 cmd2Fm =dm 12.57412近小头处杆体直径d'Cmd' =0.9 dm =3.613近大头处杆体直径d"Cmd" =1.1 dm =4.414连杆宽度

8、BCmB=5.5查1表5-1315大头处截面A-A面积FaCmFa=(1.381.6) Fm=20.116截面A-A的厚度SACmFaSa = =3.7 B17大头处截面B-B面积Fb2 cmFb=(1.31.4) Fm=17.618截面B-B的厚度SbCmFbSb =3.5B19小头处截面C-C面积Fc2 cmFc =(O.81.O) Fm =12.5720截面 C-C的厚度ScCmSc=-FC=2.5B21连杆螺栓直径doCmd 0=2.4选 M241.522螺栓定位部分直径d2Cmd2=d0+(O.1O.2)=2.623螺栓弹性部分直径d3cmd3=(0.90.92)d1=0.922.2

9、=2.1查 GB196-6324两连杆螺栓间距离IoCm|0=14查1表5-1325螺栓在大头体内长度11CmI1=(0.550.65)D=626螺栓在大头盖内长度|2Cm|2=(0.550.65)D=627连杆螺栓个数Z个2查1表5-13二、连杆的强度校核连杆材料选用45锻钢，连杆螺栓材料选用40Cr钢，根据相关公式校核连杆 强度，详见表二：表二序号名称代号单位公式、参数的选择和计算说明1小头衬套的比压P2kg / cmP 4032P122<130150db 5.5 6查 1 式5-462杆体的惯性半径icm产nr 1VFm V12.57查1附录表183柔度LiL 28“ 28 i14

10、杆体拉应力Pkg / cm2PP 321Fm查 1 式5-485系数CC= 1.52 10 4查表5-14连杆材料45锻钢6惯性矩Jx4 cm3333,BH bh3.1 52 2Jx=1812 12查1附录表187连杆摆动平面纵弯应力1CBkg / cm2'L2CBPC .27Jx查 1 式5-498杆体的长度LicmD1 dL1L1119.52 29惯性矩Jy4 cm333,HhBHhBbHBbJy=128查1附录表1810垂直于连 杆摆动平 面纵弯应 力MCBkg / cm2"l2CBP Ck7.34 J y查 1 式5-5011在连杆摆动平面总应力1kg / cm211

11、pCB =348<8001200查 1 式5-5112垂直于连杆摆动平面总应力22kg / cm2pCb=328.3<8001200查 1 式5-5213大头盖截面A-A的抗弯截面模数W3 cmWa bSA 136查1附录表1814截面 A-A弯曲应力Bkg / cm2PQ DB 698<6008004Wa查 1 式5-5715大头盖截面B-B的抗弯截面模数W3 cmbsBWb -116查1式附录表1816截面B-B重心到连 杆螺栓轴 线距离bcm从图中量得b=2.717截面B-B与连杆螺 栓轴线的 夹角a度从图中量得a = 4018截面B-B弯曲应力Rkg / cm2PbB

12、4952Wb查 1 式5-5819截面B-B拉应力Pkg / cm2Psin ap 73P2Fb查 1 式5-5920截面B-B剪应力kg / cm2P cos a872Fb查 1 式5-6021截面B-B总应力kg / cm2J( pB)24 2594<600800查 1 式5-6122小头处截面C-C的抗弯截面模数WC3 cmWCBSc 5.76查1附录表1823小头侧壁中心间距lcm从图中测得，或I dj Sd8.824截面C-C弯曲应力Ckg / cm2Pd £)C 3 616<600800 8WC查 1 式5-6425截面D-D弯曲应力Bkg / cm2PID7

13、788Wd小头圆形Wd WC26截面D-D拉应力Pkg / cm2Pp160P 2Fd小头圆形FdFC27截面D-D总应力kg / cm2pD 938<8001000查 1 式5-6728连杆大头薄壁瓦过盈力P1kgP1=1235由本章第五节轴瓦计算得出29连杆螺栓预警力TkgT R 12.5) P 5254Z查 1 式5-7430扳手上的扭矩Mkg cmMkTdo 1891查 1 式5-7531螺栓轴向力QkgQP1 S 2.8)P 5859Z查 1 式5-7832每个螺栓拉应力Pkg / cm24QP1692d3螺栓上最小截面直径2.133螺栓抗扭截面模数Wt3 cmWt 0.2d；

14、1.8534系数=0.1查1公式4-7435剪切应力kg / cm2Tdo0 682 Wt36每个螺栓总应力kg / cm2J 2 3 2 206437安全系数nn 3.88>1.5338动载荷是最大应力maxkg / cm24Qmax21692d339动载荷是最小应力minkg / cm24Tmin21517d340应力幅akg / cm2maxmin07 5a 2 .41对称循环抗拉疲劳极限1kg / cm21 = 3400查1附录42应力集中43444546系数尺寸系数4-19应力循环对称系数=0.764-123应力幅安全系数=0.1查1附录最大应力安全系数minna()a3400

15、 O.11517 = 6.9 > 2.5440.187.50.76)min)(min 2 a)2 3400 0.115170.760.115172 87.50.76=1.6 > 1.25惯性力的平衡5.1旋转惯性力的平衡等,5.2在该设计中，由于连杆的大小相等，以及曲轴结构特点，可得到旋转质量相 旋转惯性力为零，即I=0，那么可以不设置平衡重。往复惯性力的平衡1、已知条件：(1)连杆质量：11.9 kg(2)活塞质量：I级为20.9 kgn级为14.3 kg(3)活塞杆质量：I级为1.9 kgn级为1.7 kg(4)十字头质量：I级为 5.2 kgn级为5.2 kg(5)曲轴半径：r= 0.07 m(6)径长比：=0.25(7)压缩机的角速度：=89.74 rad/s按3式2-39计算一、二阶往复惯性力。如右运动图所示,2、计算一、二阶往复惯性合力按3式2-37计算往复运动部分的总质量为,mb = m + 0.35 m11.9 = 32.2 kgmsimpi + 0.35 mii = 20.9 + i.9 + 5.2 + 0.351