曲轴的强度计算

曲轴的强度计算

曲轴的破坏形式

曲轴的破坏主要是弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏。 弯曲疲劳破坏时， 其裂纹首先发生在连杆轴颈和主轴颈圆 角处， 然后向曲柄臂发展。 扭转疲劳破坏时， 其裂纹发生在油孔或圆角处， 然后与轴线呈 45°角一个方向发展。 曲轴所受的弯曲载荷大于扭转载荷， 所以破坏形式大多是弯曲疲劳。 另外， 随着油孔加工的日益完善和扭转减振 器的应用， 扭转疲劳破坏的可能性进一步降低。 曲轴破坏的主要形式见表 7⁃ 1⁃ 51。

曲轴的受力分析

作用在曲轴上的力比较复杂， 现将作用于单位曲柄上的力进行分析 （见图 7⁃ 1⁃ 15）。

（１） 作用连杆轴颈上的力
对于压缩机和内燃机上的曲轴， 其连杆轴颈上作用有气体压力和活塞连杆组往复运动惯性力所产生的径向力 p_N 和切向力 p_T， 统称为连杆力， 它是周期性交变的。 还有连杆轴颈回转质量的离心惯性力， 所有径向力作用于 曲柄平面内的连杆中心处用 P 代替。
（２） 作用在曲柄臂上的力
① 左曲柄臂自重的回转惯性力和平衡块的回转惯性力， 二者之和用 Q 表示。
② 右曲柄臂自重的回转惯性力和平衡块的回转惯性力， 二者之和用 Q′表示。
（３） 作用主轴颈上的力
① 输入转矩 T 及阻力转矩 （T＋RS）。
② 对于多曲柄曲轴， 作用有相邻曲柄传来的弯矩， 在曲柄平面内的分量用 m^r、 m^l 表示， 垂直于曲柄平面内 的分量用 M^r、 M^l 表示。
③ 作用于轴颈上的支反力， 在曲柄平面内的支反力为 r^r、 r^l， 垂直于曲柄平面内的支反力为 R^r、 R^l。
主轴颈上支反力由下各式求得
r^r ＝［Pa＋Qe＋Q′（e＋f）＋m^l＋m^r］ / l， r^l ＝［Pb＋Q（e′＋f）＋Q′e′－m^l－m^r］ / l
R^r ＝［p_Tａ－M^l－M^r］ / l， R^l ＝（p_Tｂ＋M^l＋M^r） / l

曲轴的静强度校核

曲轴的疲劳强度校核

应力集中系数Kσ、Kτ及应力σa、σm、τa、τm

提高曲轴强度的措施