1、第 1 页 热动专业课程设计说明书热动专业课程设计说明书 院 别： 能源与动力工程学院 专 业： 热能与动力工程 班 级： 工程热物理 0901 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013 年 1 月 18 日 第 2 页 目目 录录 前言： 一、一拐曲轴概况 1. 一拐曲轴的结构特点 2. 一拐曲轴工作情况 3. 一拐曲轴设计要求 4. 一拐曲轴的材料选用 二、一拐曲轴 PROE 建模 1.建模步骤 2.建模最终图 三、一拐曲轴 ANSYS 有限元分析 1.倒入模型 2.设置单元类型 3.设置材料的密度，杨氏模量和泊松比 4.创建网格 5.设置载荷和约束 6.求解结果操作 四、总结 五、参考文
2、献 第 3 页 前前 言言 曲轴是发动机最重要的机件之一，是引擎的心脏，如果它的功能无法准确的执 行，那么引擎的马力就无法正常的发挥。一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、 前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴 的曲拐数目等于气缸数（直列式发动机） ，V 型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一 半。曲轴与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动 机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时， 曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交 变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，
3、要求曲轴具有足够的刚度 和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。我们的课程设计主 要研究的是两拐曲轴的相关动力性能及强度计算。 我们运用所学的内燃机设计 、 机械制造基础 、 内燃机燃烧与排放 、 工 程材料 、 CAD 工程制图 、 UG 建模等课程，综合大学中所学的课程进行曲轴的 分析校核设计。通过研究曲轴的工作过程以及加工工艺过程，以及曲轴的三维实体 建模和 ANSYS 强度分析计算，使我们理论结合实践，提高实际操作能力，增强自身 的核心竞争力，在课程设计的过程中具体目标有如下几个： 1、分析曲轴工作环境，性能要求以及材料等； 2、根据图纸进行三维实体建模； 3、对模型进
4、行有限元分析； 4、根据有限元分析的结果进行强度分析。 第 4 页 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 一、一、一拐曲轴拐曲轴概况概况 1.1. 一拐曲轴一拐曲轴结构特点结构特点 曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、 一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数（直列式发动 机） ，V 型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。我们设计的是直列式发动机的两拐 曲轴。 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴支承在曲轴箱的主轴承座中，曲轴的支承方 式分为全支承曲轴和非全支承两种。而我们采取的是全支承曲轴。 曲轴的连杆轴颈是曲轴和连杆的连接部分，通过
5、曲柄和主轴颈相连，在连接处用 圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等，V 型发动机 的连杆轴颈数等于气缸数的一半。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，铸有（或 紧固有）平衡重块。它可以用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部 分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 曲轴的形状和曲拐相对位置（即曲拐的布置）取决于气缸数、气缸排列和发动机 的发火顺序。安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以 减少主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。 2.2.曲轴工作情况曲轴工作情况 曲轴是发动机的主要旋转机构，它担负着将活
6、塞的上下往复运动转变为自身的圆 周运动。通常所说的发动机转速就是曲轴的转速。曲轴与连杆配合将作用在活塞上的 气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装 置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作 用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转 件，使轴既扭转又弯曲。 3.3.曲轴的设计要求曲轴的设计要求 曲轴在不同周期性的气体压力、 往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩 （扭 转和弯曲）共同作用下工作，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。在设计时应 首先保证曲轴具有在足够的弯曲强度和扭转刚度。如果强度不足，会发生造成严重事 故。为此，必须选用高强度的材料；合理的结构形状和尺寸。曲轴各轴颈在很高的比 第 5 页 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 并不总能保证液体摩擦，尤其当润滑不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料
