某发动机曲轴轴向尺寸链的计算_王浩.pdf

内燃机与配件 某发动机曲轴轴向尺寸链的计算王浩（芜湖钻石航空发动机有限公司，安徽 芜湖 ）摘要：本文介绍了曲轴轴向尺寸链的重要性，其次介绍了某发动机结构和相关形位公差信息，第三是详细阐述了曲轴轴向尺寸链计算的详细过程，通过计算结果表明了其间隙满足设计要求，最后总结了尺寸链计算过程中一些方法和技巧，因此本文对缸体总成、曲柄系统的设计开发的关键过程，也有一定的借鉴意义。关键词：缸体；曲轴；主轴承座中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；作者简介：王浩（），男，汉族，河南，信阳，本科，主要研究方向：发动机、变速箱的设计及匹配开发。概述在机械产品的设计中，不仅要保证零部件的强度、刚度的要求外，合理地确定各零部件之间的尺寸关系，即尺寸链的计算也是保证产品达到预定目标的一项重要环节。缸体和曲柄机构是发动机极为重要的基础部件，曲柄机构承受周期的惯性力和离心力的作用，使曲轴承受复杂的弯曲扭矩载荷的作用，因此设计合理的缸体与曲轴之间的轴向间隙十分重要。如果间隙过小，会使运动件受热膨胀，会使旋转受阻甚至卡死；间隙过大，曲轴发生轴向窜动，会造成止推片逐渐磨损，严重时造成轴向移动，使活塞偏磨、连杆弯曲，也会对动力总成的离合系统造成危害。因此在设计阶段对发动机的曲轴轴向间隙校核工作的关键所在。曲轴相关信息本发动机缸体是龙门式，主轴承盖为分体式，各主轴承盖与缸体用两定位套定位；止推片设计在第四主轴承座上，其结构示意如图和相关参数表所示：图曲轴与缸体装配示意图表相关尺寸及形位公差序号名称名称尺寸备注止推片厚度厚度 止推挡厚度厚度 缸体轴承座面位置度 第一二三五轴承座缸体第四档止推面垂直度 第四轴承座左右侧位置度 第四轴承座右侧基准孔垂直度 加工基准孔直径尺寸 轴向间隙计算分两种情况：）曲轴止推挡左侧与左止推片贴合时，曲轴与轴承座或盖两侧的间隙情况；）曲轴止推挡右侧与右止推片贴合时，曲轴与轴承座或盖两侧的间隙情况；此间隙计算与上种情况雷同。主轴承座的轴向间隙 止推档的轴向窜动量当曲轴止推档左侧与左止推片接触时，曲轴的窜动量尺寸链如图所示，各尺寸取值如下：由表中得 ；由于该尺寸链是装配尺寸链，且不涉及加工基准与尺寸链计算基准的转换，因此缸体两侧的止推面的位置度不考虑，由表中可知 （）（）（）；由图纸可知 ；则 ，即 轴 向 窜 动 量 。根据 设 计 经 验 要 求，曲 轴 的 轴 向 窜 动 量 为 ，因此本发动机的轴向窜动量在经验范围内，是满足设计要求的。DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.13.004 年第 期图曲轴轴向窜动量示意图 其它挡曲轴轴向间隙根据上述，当曲轴止推档左侧与左止推片接触时，其它挡的轴向间隙的计算，另外由于缸体的加工基准与计算基准不统一，因此首先进行基准转换计算，其次再进行轴向间隙计 算，因 此 如 下 各 挡 的 轴 向 间 隙 有 两 部 分 尺 寸链图。缸体第五主轴承座左右侧间隙）缸体第五主轴承座左侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由 图 纸 可 知 ；由表中可知 ，（）（）；则 。如图右所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；可知 ；则 ，即左侧轴向间隙 。图缸体第五主轴承座左侧间隙示意图）缸体第五主轴承座右侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表 中 可 知 ，（）（）；则 。图缸体第五主轴承座右侧间隙示意图如图右所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表中及名义尺寸可知 ，；则 ，即右侧轴向间隙 。综上）、）所述，第五主轴承座的左右间隙均大于，因此满足设计要求。缸体第三主轴承座左右侧间隙）缸体第三主轴承座左侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表中可知 （）（），；由表中及名义尺寸可知 ；则 。如图右所示，各尺寸取值如下：；由图纸可知 ；由表中可知 ；则 ，即左侧轴向间隙 。图缸体第三主轴承座左侧间隙示意图）缸体第三主轴承座右侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表中可知（）（），；由表中及名义尺寸可知 ；则 。如图右所示，各尺寸取值如下：；由图纸可知 ，；由表中可知 ；则 ，即 右 侧 轴 向 间 隙 。综上）、）所述，第三主轴承座的左右间隙均大于，因此满足设计要求。图缸体第三主轴承座右侧间隙示意图 缸体第二主轴承座左右侧间隙）缸体第二主轴承座左侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表中可知 （）（），；由表中及名义尺寸可知 ，内燃机与配件 ；则 。如图 右 所 示，各 尺 寸 取 值 如 下：；由图纸可知 ；由表中可知 ；则 ，即 左 侧 轴 向 间 隙 。图缸体第二主轴承座左侧间隙示意图）缸体第二主轴承座右侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表中可知（）（），；由表中及名义尺寸可知 ；则 。如图右 所 示，各 尺 寸 取 值 如 下：；由图纸可知 ，；由表中可知 ；则 ，即右侧轴向间隙 。综上）、）所述，第二主轴承座的左右间隙均大于，因此满足设计要求。图缸体第二主轴承座右侧间隙示意图 缸体第一主轴承座右侧间隙如图左所示，各尺寸取值如下：由表中可知 ；由表中可知（）（），则 ；由表中及名义尺寸可知 ；则 。如图 右 所 示，各 尺 寸 取 值 如 下：；由图纸可知 ；由表中可知 ；则右侧轴向间隙 ，即 右 侧 轴 向 间 隙 。综上所述，第一主轴承座的右间隙大于，因此满足设计要求。图缸体第一主轴承座右侧间隙示意图 主轴承盖的轴向间隙上述计算的是主轴承座与曲轴的间隙，由于主轴承座与轴承盖之间通过定位套配合，在二次装配时存在轴向尺寸错位的现象，此处考虑轴向极限的情况，定位套尺寸 ；主 轴 承 座 定 位 套 孔 ，位 置 度 为 ；主轴承盖孔 ，位置度为 ，垂直度 。图 主轴承座与轴承盖间的极限偏差示意图经分析可得当主轴承盖孔取最大即 ，定位套外径最小 ，主轴承盖孔取最大 ，且定位套和主轴承盖向同一方向偏时，主轴承盖和主轴承座的错位量最大，（），（），则最大偏移量 ，则主轴承盖两侧的轴向间隙分别为：）止推档轴向间隙由表中可知，主轴承座及两止推片的累计厚度为（）（）（）（）（）；止推档轴承座宽度为 ，则单边余量 ，即间隙为 满足设计要求。）非止推档轴向间隙由 节计算得出的主轴承座左右间隙可知，各间隙均大于 ，即间隙大于，因此非止推档主轴承盖两侧间隙满足设计要求。结束语通过本文的计算过程可以看出，曲轴轴向窜动和间隙采用的独立原则的方法进行的，不仅要考虑尺寸公差，还要考虑形位公差。在考虑形位公差时还要理论联系实际，比如计算轴向窜动时，是属于装配尺寸链，不涉及加工基准与装配基准的转换，右止推面的位置度不考虑；另外为计算的方便将形位公差和尺寸公差都转化为对称公差，这个较复杂的尺寸链计算带来方便和便捷。参考文献：刘燕德 考虑形位误差的装配尺寸链计算探讨 江西农业大学学报，任翀 尺寸链分析计算的技巧 包钢科技，马雪洁 形位公差对尺寸链计算的影响 焦作大学学报，