曲轴的工作条件和设计要求Р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共同作用下工作的,从而使曲轴既扭转又弯曲,产生疲劳应力状态;对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力;未采取扭转振动减振措施使曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的,可能引起曲轴疲劳失效。实践表明,弯曲载荷具有决定性作用,弯曲疲劳失效是主要破坏形式。因此曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度,曲轴设计上要致力于提高曲轴的疲劳强度。Р弯曲疲劳破坏 b)扭转疲劳破坏Р图2.1 曲轴的疲劳破坏Р曲轴形状复杂,应力集中现象相当严重,特别在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。通常的曲轴断裂、疲劳裂纹都始于过渡圆角和油孔处。图2.1表明了曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏的情况。弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到曲柄上,基本上成45o折断曲柄;扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始,约成45o剪断曲柄销。所以,在设计曲轴时,要特别注意设法缓和应力集中现象,强化应力集中部位。Р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为液体摩擦,尤其当润滑油不洁净时,轴颈表面遭到强烈的磨料磨损,使得曲轴的实际使用寿命大大降低。所以,设计时,要使其各摩擦表面耐磨,并匹配好适当材料的轴瓦。Р曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节,其刚度要求非常严格。如果曲轴弯曲刚度不足,则很可能发生较剧烈的弯曲振动,大大恶化整个连杆和轴承的工作条件,同时会影响零件工作的可靠性和耐久性,曲轴箱的局部也可能会因为应力过大而开裂。如果曲轴的扭转刚度不足,在工作转速范围内可能会引起产生强烈的扭转振动。轻则引起噪音,加快曲柄上齿轮等传动件的磨损;重则使曲轴断裂。所以,曲轴设计时应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。
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