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2023-07-02
曲轴强度设计优化
【摘要】：气体压力在进行燃烧的上止点附近达到最大。在上止点附近活塞的速度很小，可以忽略惯性力Fi，因而在上止点附近活塞上的作用力F达到最大，仅由气体力Fg引起各部位弯曲、扭曲和剪切等应力。图10-10 随曲轴角度的转矩变化1.曲轴销的强度曲轴销（或曲轴）在气体力Fg的作用下，前后主轴承上产生反力R1、R2，如图10-11所示。上式中，如果R1=R2，l1=l，则曲轴销中央部位达到最大。
气体压力在进行燃烧的上止点附近达到最大。在上止点附近活塞的速度很小，可以忽略惯性力Fi，因而在上止点附近活塞上的作用力F达到最大，仅由气体力Fg引起各部位弯曲、扭曲和剪切等应力。
图10-10 随曲轴角度的转矩变化
1.曲轴销的强度
曲轴销（或曲轴）在气体力Fg的作用下，前后主轴承上产生反力R1、R2，如图10-11所示。
上式中，如果R1=R2，l1=l，则曲轴销中央部位达到最大。中央部位的弯矩Mpb（N·m）的计算式为
图10-11 曲轴上的作用力
因曲轴销的截面模数为Z=πd3/32≈0.1d（m3），因此曲轴销的弯曲应力σpb（Pa）的计算式为
如果曲轴销的端面积为Ac，剪切应力τpS（Pa）的计算式为
因此，合成应力σp（Pa）因曲轴销的弯曲应力和剪切应力互成直角，因此可以用下式计算：
如果曲轴销为内径为d1、外径为d2的中空轴，此时曲轴销的截面模数zh、弯曲应力σphb、剪切应力τphb的计算式为
因弯曲和剪切互成直角，中空轴曲轴销的合成应力σph的计算式为
2.曲轴臂的强度
如果图10-11中的曲轴臂宽度为W（m）、厚度为t（m），最大弯矩Mab（N·m）出现在臂的中心位置，则其计算式为
因曲轴臂截面模数Z为Z=Wt2/6（m3），臂的弯曲应力σab（Pa）和压缩应力σac（Pa）的计算式为
合成应力σa（Pa）为
σa=σab+σac （10.48）
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