主要零部件的设计和强度校核

曲轴的尺寸及强度校核一、曲轴的尺寸设计曲轴的结构尺寸如下图所示:4主要零部件的设计和强度校核171iii*0:-V-11A1JB-Jiiii/CL.=L7TJ二、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U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，1、2、3、，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U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曲柄转角n级列I级列M（公NbzNByNezNeyM0位置特点（度）R=R2T=TRx=RX1T=T1斤厘（公斤）（公斤）（公斤）（公斤）（公斤）（公斤）（公斤）（公斤）（公斤）米）1n列综合活塞40225927592399266637884725973-865-8800力最大绝对值2输入扭矩2802283051195261039627891187-56-7460最大值3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110-9221388-14121211200-572861-2093150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1n列综合活塞最409-95197776631164一算用大绝对值8-8-940222341537415342输入扭矩最大值2809-97731043331318一8-82172199812683139疲劳强度计算用2输入扭矩最大值2809-9313183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403。-3000一一9。-9063295404一一6。-60-3696-7061一一4o-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409-915一一安全8-8短轴端点一一一5安全长轴端点一一5安全矩形角点一一5安全2输入扭矩最大值2809-9一一安全8-8短轴端点一一一5安全长轴端点一一5安全矩形角点一一225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/曲轴面2、厘米）i-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2809-9103安全3输入扭矩最小值3404n列法向力最大值308-8145n列法向力最小值110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:-屈-L连杆主要尺寸的确定如表一所示表一连杆的主要尺寸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RCmS14R722已知行程，S=143连杆长度LCmL旦Z350.2热力计算已知=4曲柄销直径DCmD=10查1表5-135大头孔直径DiCmDi=查1表5-136小头衬套内径dCmd=查1表5-137小头衬套宽度bCmb=(1d=6查1表5-118小头衬套厚度SCmS=d=9小头孔直径d1Cmd1=查1表5-1310杆体中间直径dmCmdm(1.652.45)VP41式5-4511杆体中间面积Fm2cmd2Fm12.5712近小头处杆体直径dCmd=dm=13近大头处杆体直径dCmd=dm=14连杆宽度BCmB=查1表5-1315大头处截面A-A面积FaCmFa=Fm=16截面A-A的厚度SaCmcFaSa=B17大头处截面B-B面积Fb2cmFb=Fm=18截面B-B的厚度SbCmFbSb=B19小头处截面C-C面积Fc2cmFc=Fm=20截面C-C的厚度ScCmcFcSc=B21连杆螺栓直径doCmd0=选M2422螺栓定位部分直径d2Cmd2=d0+=23螺栓弹性部分直径d3cmd3=（）d1查GB196-6324两连杆螺栓间距离l0Cm10=14查i表5-1325螺栓在大头体内长度liCm1i=D=626螺栓在大头盖内长度l2Cm12=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Pkg/cm2P4032“cP122130150db5.56查1式5-462杆体的惯性半径icmiJ圧1VFmV12.57查1附录表183柔度LiL2828i14杆体拉应力Pkg/cm2Pp321Fm查1式5-485系数C4C=1.5210查表5-14连杆材料45锻钢6惯性矩Jx4cmBH3bh33.153223Jx=181212查1附录表187连杆摆动平面纵弯应力1CBkg/cm2cbPC27Jx查1式5-498杆体的长度LicmD1d1L1L1229惯性矩Jy4cm333.HhBHhBbHBbJy=128查1附录表1810垂直干连杆摆动平面纵弯应力HCBkg/cm2l2CBPS查1式5-5011在连杆摆动平面总应力1kg/cm211pcb=3488001200查1式5-5112垂直干连杆摆动平面总应力2kg/cm2h2pcb=8001200查1式5-5213大头盖截面A-A的抗弯截面模数W3cmWAbSA136查1附录表1814截面A-A弯曲应力Bkg/cm2pqDb26986008004Wa查1式5-5715大头盖截面B-B的抗弯截面模数W3cmbs|WBB116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=17截面B-B与连杆螺a度从图中量得a=40栓轴线的夹角18截面B-B弯曲应力Rkg/cm2Pbb4952Wb查1式5-5819截面B-B拉应力Pkg/cm2Psinap73P2Fb查1式5-5920截面B-B剪应力kg/cm2Pcosa872Fb查1式5-6021截面B-B总应力kg/cm2J(pb)242594600800查1式5-6122小头处截面C-C的抗弯截面模数WC3cmWc眩6查1附录表1823小头侧壁中心间距lcm从图中测得，或1d,SD24截面C-C弯曲应力Ckg/cm2P(l)C6166008008Wc查1式5-6425截面D-D弯曲应力Bkg/cm2Pld7788Wd小头圆形WdWc26截面D-D拉应力Pkg/cm2Pp1602Fd小头圆形FdFc27截面D-D总应力kg/cm2pd938338动载荷是最大应力maxkg/cm24Qmax21692df39动载荷是最小应力minkg/cm24Tmin21517d340应力幅akg/cm2maxmina241对称循环1kg/cm21=3400查1附录抗拉疲劳极限三42应力集中系数kk=4查14-19表43尺寸系数=查1图4-12344应力循环=查1附录对称系数三45应力幅安n1minna全系数()a=34000.11517,40.760.187.546最大应力安全系数n2i(-)minn()(min2a)234000.10.76151740.760.11517287.5=5惯性力的平衡旋转惯性力的平衡在该设计中，由于连杆的大小相等，以及曲轴结构特点，可得到旋转质量相等，旋转惯性力为零，即1=0，那么可以不设置平衡重。往复惯性力的平衡如右运动图所示，按3式2-39计算一、二阶往复惯性力。1、已知条件：(1)连杆质量：kg(2)活塞质量：I级为kgU级为kg(3)活塞杆质量：I级为kgU级为kg(4)十子头质量：I级为kgU级为kg(5)曲轴半径：r=m(6)径长比：=(7)压缩机的角速度：=rads2、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=mp+m则,msimpi+mu=+=kgms2mp2+mi2=+=25.4kg当曲轴转角不同时，对应的一、二阶往复惯性力也不同。其中，当曲轴转角=0时，按3式2-37计算一、二阶往复惯性合力如下，Imaxmsims2r2cos2=(32.225.4)0.0789.74cos0=3833Nmaxms1ms2rcos2=(32.225.4)0.0789.7420.2cos0=6494N由以上可知，往复惯性力未能平衡。