主要零部件的设计和强度校核(参备考资料)

4 主要零部件的设计和强度校核

4.1 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：

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Ⅱ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，

α、2α、3α、·，再找出与1α、2α、3α、·相应的法向力'X R、'X R，切向力T、'T和输入扭矩M。在表1中，列出根据Ⅱ级气缸所1

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

表2 曲轴内力

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

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

4.2 连杆的尺寸设计及强度校核

一、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：

连杆主要尺寸的确定如表一所示

表一连杆的主要尺寸

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

5 惯性力的平衡

5.1 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I=0，那么可以不设置平衡重。 5.2 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： 11.9 kg

（2）活塞质量： Ⅰ级为20.9 kg Ⅱ级为14.3 kg （3）活塞杆质量：Ⅰ级为1.9 kg Ⅱ级为1.7 kg （4）十字头质量：Ⅰ级为5.2 kg Ⅱ级为5.2 kg （5）曲轴半径：r= 0.07 m （6）径长比：λ= 0.25

（7）压缩机的角速度：ω= 89.74rad s 2、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， s m =p m + 0.35l m

则,

11s p m m =+ 0.351l m = 20.9 + 1.9 + 5.2 + 0.35⨯11.9 = 32.2 kg

22s p m m =+ 0.352l m = 14.3 + 1.7 + 5.2 + 0.35⨯11.9 = 25.4 kg

当曲轴转角θ不同时，对应的一、二阶往复惯性力也不同。其中，当曲轴转

角θ=0时，按3⎡⎤⎢⎥⎣

⎦式2-37计算一、二阶往复惯性合力如下， ()2max 12cos s s m m r I ωθI =-

= 2(32.225.4)0.0789.74cos0-⨯⨯⨯= 3833()N

()2max 12cos2s s m m r I ωλθII =+

=2

(32.225.4)0.0789.740.2cos0+⨯⨯⨯⨯= 6494()N

由以上可知，往复惯性力未能平衡。