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一種內燃機曲柄銷油孔強度的早期計算及修正方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510655519.8

申請日:

2015.10.12

公開號:

CN105257681A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):F16C 11/02申請日:20151012|||公開
IPC分類號: F16C11/02 主分類號: F16C11/02
申請人: 中國汽車工程研究院股份有限公司
發明人: 周舟; 張磊; 李占輝; 孟再強
地址: 401122重慶市經開區北區金渝大道9號
優先權:
專利代理機構: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102 代理人: 陳志生
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510655519.8

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明請求保護一種內燃機曲柄銷油孔強度的早期計算及修正方法。曲軸是內燃機核心零部件之一,必須滿足一定的強度要求,尤其在曲柄銷油孔處,易于產生應力集中,導致曲軸失效。當前曲柄銷油孔直徑及角度多是根據經驗進行設計,曲軸3D模型完成之后再通過仿真分析進行強度校核,而此時,曲軸的一些主要尺寸早已確定,對于一些由于這些主要尺寸導致的強度問題,需要進行設計變更,優化成本極高。本方法則可以在曲軸設計的早期,主要尺寸確定之后,通過數值方法計算曲柄銷油孔強度,對于不滿足強度要求的設計方案及時進行優化,避免后期設計變更的風險。

權利要求書

1.一種內燃機曲柄銷油孔強度的早期計算及修正方法,其特征在于,包
括以下步驟:
101、選取預先設定好了曲柄銷油孔尺寸的內燃機曲柄,對曲柄連桿機構進
行運動學分析,計算曲柄銷和活塞銷的加速度,建立曲柄連桿機構運動學分析坐
標系,以中間軸頸軸心處為坐標原點,X軸正方向表示沿曲軸軸頸中心指向飛輪
端的方向,Z軸正方向表示沿中間軸頸中心豎直向上,Y軸正方向表示由排氣側
指向進氣側的方向,曲軸旋轉方向遵循右手法則,起始位置以第一缸曲柄銷豎
直向上起始;
102、根據曲柄銷和活塞銷的加速度計算公式計算出第i個曲拐中曲柄銷和
活塞銷的在步驟101建立的分析坐標系中的加速度;
103、基于步驟101和步驟102計算得到的曲柄連桿機構曲柄銷和活塞銷
的加速度,進行動力學分析,計算第i個曲拐受力情況,將力分解到曲拐方向及
曲拐垂直方向;
104、根據曲軸尺寸,計算曲軸危險截面屬性,包括重疊度U、有效厚度
Ymax、有效寬度H、曲柄銷油孔處截面面積、抗彎截面模量和抗扭截面模量;
105、根據曲軸動力學分析結構,計算曲柄銷油孔處安全系數,評估曲柄銷
油孔處強度水平,選擇第m個曲拐對第m個曲柄銷油孔進行強度計算,當曲柄
銷油孔強度強度滿足預先設定的強度值時,則不需要修正,否則回到步驟101
修正曲軸的尺寸。
2.根據權利要求1所述的一種內燃機曲柄銷油孔強度的早期計算及修正方
法,其特征在于,步驟102中的計算曲柄銷和活塞銷的加速度公式為:曲柄銷
的加速度:
DDY_CP(i)=ω2·RC·sin(α+β(i))
DDZ_CP(i)=-ω2·RC·cos(α+β(i))
活塞銷的加速度:
DDA(i)=-ω2·RC·sin(δ(i)-α-β(i))
D D θ ( i ) = - D D A ( i ) · L R · 1 - ( A / L R ) 2 - D A ( i ) · - D A ( i ) 1 - ( A / L R ) 2 LR 2 · ( 1 - ( A / L R ) 2 ) ]]>
DDY_P(i)=DDY_CP(i)+LR·cosθ·Dθ(i)+LR·sinθ·DDθ(i)
DDZ_P(i)=DDZ_CP(i)-LR·sinθ·Dθ(i)+LR·cosθ·DDθ(i),其中DDY_CP(i)表示曲柄銷的
加速度在Y軸上的分量,DDZ_CP(i)表示曲柄銷的加速度在Y軸上的分量,ω表
示角加速度,RC表示曲軸旋轉半徑,β(i)表示連桿與汽缸軸線的夾角,α表示
曲柄臂與汽缸軸線的夾角,δ(i)表示活塞軸線與汽缸軸線的夾角,LR表示連桿
長度。
3.根據權利要求1所述的一種內燃機曲柄銷油孔強度的早期計算及修正方
法,其特征在于,步驟103中計算第i個曲拐受力情況,將力分解到曲拐方向及
曲拐垂直方向包括:A1、計算作用于活塞的力;A2、計算活塞銷座受力;A3、
計算連桿小端處受力;A4、計算曲柄銷處受力;A5、計算曲軸主軸頸處受力,
包括曲柄臂慣性力、配重慣性力、第一軸頸受力、中間軸頸受力。
4.根據權利要求1所述的一種內燃機曲柄銷油孔強度的早期計算及修正方
法,其特征在于,步驟105根據曲軸動力學分析結構,計算曲柄銷油孔處安全
系數,評估曲柄銷油孔處強度水平,選擇第m個曲拐對第m個曲柄銷油孔進行
強度計算包括:b1、計算曲柄銷油孔截面內力和內力矩;b2、計算曲柄銷-油孔
截面危險點應力;b3、計算曲柄銷的名義彎曲;b4、計算曲柄銷應力集中系數
β;b5、計算鋼曲軸-彎曲應力、鋼曲軸-扭轉應力、球鐵曲軸-彎曲應力、球鐵
曲軸-扭轉應力;b6、計算曲柄銷-油孔處當量應力;b7、計算安全系數。

關 鍵 詞:
一種 內燃機 曲柄 銷油孔 強度 早期 計算 修正 方法
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