立式單缸風(fēng)冷抗斷裂柴油機(jī)曲軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及立式單缸風(fēng)冷柴油機(jī)，尤其涉及立式單缸風(fēng)冷柴油機(jī)曲軸。
【背景技術(shù)】
[0002]立式風(fēng)冷柴油機(jī)具有重量輕，輸出功率大，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來，在發(fā)電機(jī)組或水栗機(jī)組的動(dòng)力配套上廣泛使用，微耕機(jī)、插秧機(jī)、三輪車、馬路切割機(jī)等行走機(jī)械中的配套需求量也很大。由于發(fā)電機(jī)組或水栗機(jī)組工作工況平穩(wěn)，因此，柴油機(jī)曲軸所承受的沖擊力也較為平緩，對(duì)曲軸的強(qiáng)度沒有特別要求，柴油機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中曲軸斷裂現(xiàn)象幾乎沒有。而微耕機(jī)、插秧機(jī)、三輪車、馬路切割機(jī)這類行走機(jī)械的使用工況較為復(fù)雜，扭矩輸出很不穩(wěn)定，柴油機(jī)與這些機(jī)械配套經(jīng)常出現(xiàn)曲軸斷裂問題，這一問題限制了立式風(fēng)冷柴油機(jī)在更大范圍上的使用。曲軸是柴油機(jī)中極關(guān)鍵的動(dòng)力輸出零件，氣缸爆炸產(chǎn)生的動(dòng)力通過活塞、連桿驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，將燃油在氣缸中燃燒所產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出。曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的主軸，承擔(dān)著將發(fā)動(dòng)機(jī)的總扭矩傳給飛輪輸出，其承受著缸內(nèi)壓力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力、旋轉(zhuǎn)慣性力引起的周期性變化的彎曲和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，由于曲軸尺寸較大，材料昂貴，加工精密，成本較高，可靠性也至關(guān)重要，因此曲軸的強(qiáng)度和剛度直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的性能和使用可靠性?，F(xiàn)有的風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)所用曲軸結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，達(dá)不到曲軸所需要的內(nèi)柔外剛的特性，在使用中極易造成斷裂，嚴(yán)重影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和使用壽命O
[0003]立式單缸風(fēng)冷柴油機(jī)通常采用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成，為提高耐磨性和耐疲勞強(qiáng)度，軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以達(dá)到較高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，并將扭力輸出。曲軸工作時(shí)，承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，承受交變負(fù)荷的沖擊作用，不僅受力大而且受力復(fù)雜，同時(shí)，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要消除或減少曲軸斷裂缺陷，必須提高曲軸的剛度、強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員的處理方法是增加曲軸直徑，選項(xiàng)用優(yōu)質(zhì)合金鋼或者改變熱處理方法。然而，根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)型要求，曲軸直徑不能增加，材料和熱處理也都不能改變，在此技術(shù)條件下如何提高曲軸強(qiáng)度，提高曲軸的抗斷裂性能是本領(lǐng)域的急需解決的一個(gè)技術(shù)難題。
[0004]申請(qǐng)人進(jìn)行了大量驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)曲軸是在工作過程中，遭受到周期性的氣體壓力、往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力以及它們的力矩共同作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，受到疲勞應(yīng)力的作用。曲軸破壞統(tǒng)計(jì)表明，80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的。因此，曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是彎曲疲勞強(qiáng)度。設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，應(yīng)保證它具有足夠的的彎曲強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度。具有足夠的疲勞強(qiáng)度，特別是應(yīng)力集中部位要得到強(qiáng)化，設(shè)法緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象，采用局部強(qiáng)化的方法來解決曲軸整體強(qiáng)度不足的矛盾。保證軸頸具有足夠的剛度，如果曲軸剛度不足，會(huì)大大惡化活塞、連桿、軸承等零件的工作條件，影響他們的工作可能性和耐磨性，扭轉(zhuǎn)剛度不足則有可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，輕則硬氣噪音，加速傳動(dòng)件的磨損，重則使曲軸斷裂。
[0005]申請(qǐng)人開發(fā)了一種配套廣泛的立式單缸風(fēng)冷柴油機(jī)，其缸徑為98毫米，行程為82毫米，排量為0.618L，壓縮比為20.5，輸出功率8.8kff/3000r/min時(shí)燃油耗為232.7g/kff.h，排溫456 °C，機(jī)油溫度89 °C，煙度2.84波許，超負(fù)荷工況點(diǎn)(I小時(shí)工況)9.6kff/3000r/min燃油耗為238.lg/kff.h，機(jī)油消耗小于1.5g/kff.h，穩(wěn)定調(diào)速度小于等于5%。這種柴油機(jī)不僅能配套發(fā)電機(jī)、水栗機(jī)組，而且能配套行走機(jī)械，其中，曲軸是關(guān)鍵零件，曲軸的抗折斷強(qiáng)度比同直徑曲軸的抗折斷強(qiáng)度提高32% _35%，克服了立式風(fēng)冷柴油機(jī)配套行走機(jī)械容易產(chǎn)生曲軸斷裂的難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種立式單缸風(fēng)冷抗斷裂柴油機(jī)曲軸，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，有效提高曲軸強(qiáng)度和剛度，防止曲軸在柴油機(jī)運(yùn)行過程中斷裂。
[0007]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:
[0008]一種立式單缸風(fēng)冷抗斷裂柴油機(jī)曲軸，包括輸出軸段、油封密封段、右主軸頸、正時(shí)齒輪安裝段、右加強(qiáng)凸肩、右曲柄臂、連桿頸、左曲柄臂、左加強(qiáng)凸肩、平衡軸齒輪檔、左主軸頸、左油封檔、飛輪錐面段和飛輪收緊螺紋段，連桿頸的直徑為45_，右主軸頸和左主軸頸的直徑均為45±5mm，其特征是:右曲柄臂和左曲柄臂的外沿線與曲軸中心垂直線呈34°夾角，右曲柄臂和左曲柄臂的外沿線頂部與連桿頸邊沿之間的距離為4mm，右曲柄臂和左曲柄臂的外沿線底部分別與右加強(qiáng)凸肩和左加強(qiáng)凸肩相交，曲軸油道孔經(jīng)過連桿頸的中心與曲軸中心線呈32°夾角，連桿頸的寬度尺寸為28?28.5mm，右加強(qiáng)凸肩的直徑為59mm，右加強(qiáng)凸肩的長(zhǎng)度為11mm，右曲柄臂和左曲柄臂的厚度均26?28mm，左曲柄臂和右曲柄臂的寬度均為53±5mm，右曲柄臂和左曲柄臂頂部半圓與連桿頸同心，所述右曲柄臂和左曲柄臂與連桿頸外側(cè)為圓角過渡連接，過渡圓角半徑為3±0.5mm，連桿頸的中心到右曲柄臂或左曲柄臂頂部半圓的半徑&為25.5mm，其兩側(cè)往底部呈10°夾角，右曲柄臂和左曲柄臂下端平衡塊的半徑&為67_，右曲柄臂和左曲柄臂的平衡塊的扇形面夾角為160°，兩個(gè)平衡塊與右曲柄臂和左曲柄臂的相交處呈圓角，平衡塊中心距主軸頸中心線偏向連桿頸的方向5mm。
[0009]進(jìn)一步，所述連桿頸的寬度尺寸為28.2mm。
[0010]進(jìn)一步，所述右曲柄臂和左曲柄臂的厚度均為27mm。
[0011]進(jìn)一步，兩個(gè)平衡塊與右曲柄臂和左曲柄臂的相交處圓角半徑為10mm。
[0012]進(jìn)一步，右曲柄臂和左曲柄臂的剖面中間有3mm寬度平面，右曲柄臂和左曲柄臂的剖面頂端向下傾斜5°斜角。
[0013]本實(shí)用新型通過加粗主軸頸直徑、加厚左曲柄臂和右曲柄臂的寬度，直接提高連桿頸和主軸頸的重疊度，進(jìn)而來提高曲軸的剛度，減少曲軸在突加負(fù)荷時(shí)曲軸產(chǎn)生的變形，本方案的曲軸重疊度為11_，現(xiàn)有曲軸一般為6_左右。將曲柄臂寬度方向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成帶10°角度的梯形，最大位置寬度達(dá)到58mm，增加比例為14%，這就大大的提高了曲軸強(qiáng)度，減少突加負(fù)荷時(shí)曲柄臂的變形，大幅提高曲軸的安全系數(shù)。常規(guī)的曲軸輸出端主軸頸都是一個(gè)軸徑，本案能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有的空間里加大主軸頸的尺寸就是將主軸頸分成直徑為59_的加強(qiáng)凸肩和直徑為45mm的主軸頸的兩個(gè)軸徑，直徑為59mm的這段加強(qiáng)凸肩就是專為提高強(qiáng)度設(shè)計(jì)，直徑