浅谈曲轴结构及连接对曲轴轴颈的变形的影响

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【摘 要】 曲轴是发动机的关键零部件，曲轴轴颈变形大影响曲轴的正常运转，本文主要介绍曲轴的结构及连接方式对曲轴变形的影响，为曲轴设计时提供参考。

【关键词】 发动机 曲轴 变形量

曲轴轴颈的变形对发动机的正常运转致关重要，因曲轴轴颈变形大影响曲轴与相关运动件轴瓦之间的间隙，间隙太小或太大，油膜均不易形成，造成轴瓦损坏，发动机严重故障，甚至报废，下面主要对曲轴设计的结构及连接方式对曲轴轴颈变形的影响进行探讨和研究，从而在曲轴或相关零部件设计时提供一些指导。

1 确定九种不同曲轴结构形式进行分析，具体结构特点简述如表1

2 上述九种曲轴结构采用CAE计算，分析曲轴变形情况

根据上述曲轴结构形式，采用CAE分析计算曲轴的变形情况，具体分析计算结果如下。

方案1、方案2两种结构相同的曲轴，与之相连的结构采用外圈环面接触和内圈接触，对于曲轴的变形影响较大，从图中可以看出，方案2内圈接触的变形要小。

方案3对比方案1分析，内切圆深度浅，外接触时曲轴轴颈变形相对变小（对比方案1）。

方案3、方案4对比，接触面相同的情况下，外伸凸台结构变形要小。

方案5、方案6对比外环面接触时，接触面积越大的变形量越小。

方案7、方案8、方案9总体曲轴轴颈并行均较小，但三种方案中，方案9变形最小。

3 九种曲轴结构方案，CAE计算的结果总结

通过以上CAE分析结果，将上述方案的变形量进行图表统计如图1，2。

（1）通过分析，方案1变形最大，且内圆直径越大，变形量越大。

（2）通过分析方案2变形量最小，但采用方案2时，计算出的摩擦因子最小，故采用同种材料及螺栓力矩的情况下，接触面能承载力矩最小。

（3）采用方案7-9二级凸台结构的，变形相对较小，且曲轴凸台越高，轴颈变形越好，接触面积越大，变形越小，故在设计时，尽可能提高凸台高度，提高接触面积，减小曲轴变形，但是在提高接触面设计时，要充分考虑加工成本及加工工艺性，否则会造成设计的工艺性差，成本高等缺点。

4 方案9实物曲轴，轴颈变形量实际检测结果

按方案9对曲轴变形量进行实际测量，实际测量结果如图3。

通过测量结果发现，曲轴轴颈在各截面的变形量与CAE变形情况基本相当。