在设计往复机的曲轴时,需要考虑以下关键因素:
强度与刚度
强度:曲轴在工作中承受着复杂的交变载荷,包括活塞往复运动产生的气体压力、往复惯性力和旋转惯性力等。因此,须具有足够的强度,以防止在长期运行中出现疲劳断裂等失效形式。材料的选择至关重要,通常选用中碳钢或中碳合金钢,如 45 钢、40Cr 等,并通过合适的热处理工艺来提高其强度和韧性。
刚度:曲轴的刚度同样重要,若刚度不足,会导致曲轴在受力时产生过大的变形,影响活塞、连杆等部件的正常运动,进而影响往复机的工作精度和效率,还可能引起各轴承部位的不均匀磨损。在设计时,要合理确定曲轴的轴颈尺寸、曲柄臂的厚度和长度等参数,以保证其具有足够的抗弯和抗扭刚度。
平衡特性:往复机工作时,曲轴的旋转会产生不平衡的惯性力和惯性力矩,这不仅会引起机器的振动,还会增加轴承的负荷,降低机器的稳定性和使用寿命。因此,在设计曲轴时,需要采取平衡措施,如在曲柄臂上设置平衡块,通过合理计算和布置平衡块的质量和位置,使曲轴的不平衡惯性力和惯性力矩尽可能减小。
耐磨性与耐腐蚀性
耐磨性:曲轴的轴颈与轴承配合处相对运动速度高,且承受较大的压力,容易发生磨损。为提高耐磨性,除了选择合适的材料外,还需要对轴颈表面进行硬化处理,如淬火、氮化等,以提高表面硬度,并采用良好的润滑措施,减少摩擦磨损。
耐腐蚀性:在一些工作环境中,曲轴可能会接触到腐蚀性介质,如在有湿气或化学气体的场合。因此,需要考虑材料的耐腐蚀性,或者对曲轴表面进行防腐处理,如涂覆防腐涂层等,以防止曲轴受到腐蚀而降低性能和寿命。
加工工艺性:曲轴的结构复杂,加工难度大,因此设计时要考虑其加工工艺性,以便于制造和保证加工精度。应尽量简化曲轴的结构,减少加工工序和难度,合理设计加工基准和公差要求,确保在现有加工设备和工艺条件下能够有效、高质量地加工出符合要求的曲轴。