發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)如何影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有著多方面的重要影響。

首先是材料選擇，如 40CrNiMoA 等高強(qiáng)度且韌性良好的材料能確保曲軸的耐用性。

模鍛型腔分模面設(shè)計(jì)要依據(jù)零件外形，沿曲柄外形曲面分模，這樣可自然出模，減少加工余塊和量。

產(chǎn)品基準(zhǔn)選擇上，設(shè)計(jì)與加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，便于機(jī)加找正定位中心，減少累計(jì)公差。

通過(guò)數(shù)值模擬優(yōu)化毛邊槽設(shè)計(jì)，對(duì)于水平方向不易充滿的中部曲柄部分，下模不增設(shè)橋部，只保留上模橋部。

校正模具型腔時(shí)，選擇兩頭主軸及連桿頸為校正部位，校正模收縮率為 1.0%至 1.2%。

模鍛成形環(huán)節(jié)，先將臥鍵裝在模具上并用銷(xiāo)固定，預(yù)熱模具，采用機(jī)油加石墨潤(rùn)滑，用天然氣加熱爐加熱毛坯，充分保溫后轉(zhuǎn)移至預(yù)熱模具，先輕擊再重?fù)舫尚尾⒖绽洹?/p>

熱處理采用電阻爐正火，單層擺放鍛件底部增加支架防變形。

在 3D 設(shè)計(jì)中，新建曲軸文件改單位為英制 in，在 YZ 工作平面繪制草圖并多次拉伸不同部位，在不同平面操作創(chuàng)建孔特征和圓柱體并進(jìn)行布爾運(yùn)算。

曲拐布置方式很關(guān)鍵，直列發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸對(duì)應(yīng)一個(gè)曲拐，V 型布局曲拐數(shù)量是氣缸的一半。如 90°和 120°為空間曲拐，180°為平面曲拐。布置要考慮多因素，保證同時(shí)做功的氣缸距離遠(yuǎn)以維持平衡。

美式 V8 發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐互成 90°的空間布置運(yùn)轉(zhuǎn)平順，NVH 表現(xiàn)好，養(yǎng)護(hù)成本低，但占空間大，性能一般。

歐系 V8 發(fā)動(dòng)機(jī) 180°的平面布置設(shè)計(jì)緊湊，整備質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，能迅速達(dá)到轉(zhuǎn)速區(qū)間輸出強(qiáng)動(dòng)力，但運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)大，需加平衡軸。

有限元分析在曲軸設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，能更準(zhǔn)確核算強(qiáng)度。

對(duì)于重卡直列六缸內(nèi)燃機(jī)，增大過(guò)渡圓角半徑能增加疲勞強(qiáng)度，但軸頸承壓有效長(zhǎng)度會(huì)減小，軸承承壓面積也會(huì)減小。一般過(guò)渡圓角半徑與主軸頸直徑比值在 0.03 至 0.09，重卡直列六缸內(nèi)燃機(jī)左式曲軸主軸頸直徑為 100mm，過(guò)渡圓角半徑宜為 3 至 9mm。

通過(guò)靜力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)和企業(yè)調(diào)研，適當(dāng)增加曲軸軸頸與曲柄臂的過(guò)渡圓角半徑，能降低早期故障率，減少最大應(yīng)力值。