曲轴强度计算Word文件下载.docx
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发动机最高转速n=4200r/min
最高燃烧压力pmax=160bar;
最大平均有效压力
pme=12.222bar;
活塞连杆组往复质量
m1=1.3195,kg;
活塞连杆组旋转质量
m2=0.8925kg.
曲轴材料
S53C屈服强度
δs=588Mpa
抗拉强度
δb=660Mpa
重叠度的定义:
重叠度A
DP
DJ
S
DJ为主轴径直径,S为活塞行程)
2
的定义(DP为连杆轴颈直径,
弯曲应力计算
1.曲轴受力计算
压缩上止点时的曲轴作用力
Fmax
FLmax
FpFj
FRmax
式中,Fj为活塞连杆组往复惯性力;
Fp为燃气作用力(N);
FLmax、FRmax为左右两侧主轴承支撑力的最大值(
N)
Fj
2n
(
S)
10
5
18
S[m2m11
]
2L
236002
104.9[0.8925
104.9)
1.31951
]10
19734.1
158
Fp
d2pmax
4
95.42
16
114310N
Fj
114310
19734
67022N
排气上止点时的曲轴作用力
Fmin
Fmin9867.5N
2、单个曲拐三个危险截面(A-A、B-B、C-C)上的弯矩经过计算
a=19.25mmb=32.5mmc=40.5mml=58mm
曲柄臂中央处(A-A)
MAmax
Fmaxa=67022x19.25=1290173.5Nmm
MAmin
Fmina=9867.5x19.25=189939.75Nmm
连杆轴颈圆角处(B-B)
M
Bmax
Fmaxb=67022x32.5=2178215Nmm
Bmin
Fminb=9867.5x32.5=314827.5Nmm
连杆轴颈中央处(C-C)
Cmax
Fmaxc=67022x32.5=67022x40.5=2714391Nmm
Cmin
Fminc=9867.5x40.5=399633.75Nmm
式中,MAmax、MAmin、MBmax、MBmin、MCmax、MCmin分别为曲拐三个危险截面上的最大和最
小弯矩(N.m)abc为曲轴有关尺寸,如图所示。
名义弯曲应力:
Mmax
nmax
Wb
Mmin
nmin
A-A处名义弯曲应力
1290173.5
WbA
6930.6
186MPa
189939.7
27MPa
B-B处名义弯曲应力
2178215
149MPa
3
32
Dp
53
314827.5
22MPa
Dp
C-C处名义弯曲应力
2714391
399633.75
式中
nmax、nmin为三个截面的最大、最小名义弯曲应力(
Mpa);
Mmax、Mmin分别为三个危险截
面的最大最小弯矩(
Nmm);
Wb为三个危险截面的抗弯截面系数(
mm3)。
名义弯曲平均应力及名义弯曲应力幅分别为
nm
A-A处名义弯曲应力幅
nmaxnmin
nmaxnmin
na
106.5MPa
79.5MPa
B-B处名义弯曲应力幅
nmaxnmin
=85.5Mpa
63.5MPa
C-C处名义弯曲应力幅
=106.5Mpa
4.弯曲应力
mbnm
abna
式中,
m、
a为弯曲平均应力幅(
b为弯曲应力集中系数
A-
A处弯曲应力
m
b
2.15
106.5
229MPa
a
79.5
171MPa
max200MPa
min29MPa
B-B处
2.6
85.5
222MPa
207MPa
max
min
215MPa
8MPa
C-C处
切应力计算
1.扭矩计算
Tm
1.257
d2Spmei107
95.42104.91222.24107
291
Tmax
KTmax
8
2328Nm
Tmin
2Tm
2328
1746Nm
式中,Tm为发动机平均扭矩(
N.m);
pme为最大平均有效压力(
kPa);
系数K为
K=8(4缸机)
2.名义切应力
79.6MPa
Wt
D3p
1746
59.8MPa
Dp3
nmax、nmin为名义最大、最小切应力(
Wt为连杆轴颈的抗扭截面系数(
mm3),
.
名义平均切应力及名义切应力幅分别为
77.659.8
8.9MPa
nmaxnmin
2.切应力
68.7MPa
mtnm
atna
m、a为平均应力幅(Mpa);
t为切应力集中系数。
A-A
处及C-C处
tnm
t
1.005
8.9
9MPa
68.7
69MPa
78MPa
60MPa
B-B处
3.1
8.927MPa
213MPa
240MPa
等效应力e
弯曲应力及切应力的等效应力由下列计算
主应力
22
p1()
p2
()
等效应力
ep12p22p1p2
式中,e为等效应力(Mpa);
p1、p2为主应力(Mpa)。
1.名义主应力及名义等效应力为
A-A和C-C截面
p1nmax
p2nmax
p1nmin
p2nmin
nemax
nemin
(nmax
)
nmax
200
228MPa
79.6
(nmax
28MPa
nmin
(nmin)
29
76MPa
)(
59.8)
47MPa
p12nmax
p22nmax
p1nmaxp2nmax
2282
28)2
228
28)
243MPa
p12nmin
p22nmin
p1nminp2nmin
762
47)2
76
47)
108MPa
对于B-B截面
215
241MPa
26MPa
64MPa
56MPa
2412
26)2
241
26)
255MPa
642
56)2
64
56)
104MPa
2.实际主应力及实际等效主应力为
p1max
(max)
p2max
p1min
(min
emax
p21max
2max
p1maxp2max
emin
p21min
2min
p1minp2min
A-A和C-C点
p2min
emax
emin
(max
78
227MPa
min)
60)
47MPa
p22max
2272
27)2
227
(27)
242MPa
p21minp2
762
76(
82MPa
)(60)
2402
82)2
82)
288MPa
曲轴为钢时的平均应力及应力幅
曲轴为钢时,应力集中系数只影响应力幅的值,而对平均应力无影响。
因此,在计算平均等效应力时,
应以名义主应力来计算等效平均应力,而用实际主应力来计算等效应力幅,式中,
em、
ea为等效
平均应力及等效应力幅(
Mpa),即
对于A-A和C-C截面:
nemaxnemin
em
emaxemin
ea
243108
67.5MPa
242(108)
175MPa
255104
288(104)
196MPa
通过歌德曼图判
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