□ 李启伟

内江金鸿曲轴有限公司 四川内江 641106

1 分析背景

随着发动机技术的不断发展,为提高发动机的平稳性,越来越多的四缸发动机装配有平衡轴机构。为了简化结构,平衡轴齿圈与曲轴采用过盈配合传递动力。

在日常生产中,在装配平衡轴齿圈之后,通常会引起曲轴弯曲变形,导致部分产品因主轴颈跳动精度超差而报废。

在曲轴研究方面,不少学者采用有限元分析方法对曲轴结构强度进行分析,但在曲轴装配变形方面研究成果仍较少。

笔者采用有限元分析方法,对曲轴装配平衡轴齿圈后的变形机理进行分析,给出弯曲变形规律,同时提出简化计算方法,为曲轴的结构设计和加工工艺设计提供参考。

2 曲轴装配平衡轴齿圈结构

某四缸发动机曲轴装配平衡轴齿圈的典型结构如图1所示。

图1 曲轴装配平衡轴齿圈结构

为保证可靠传递转矩,通常设计装配过盈量为0.1～0.25 mm,齿圈厚度为10～20 mm,装配要求齿圈加热到150～300 ℃进行压装。

3 连接面压力计算

连接面最大径向压力计算式为:

(1)

(2)

(3)

式中:Pmax为连接面最大径向压力,MPa;δmax为最大过盈量,mm;d为配合面公称直径,mm;E1为被包容件材料弹性模量,MPa;E2为包容件材料弹性模量,MPa;C1为被包容件刚性因数;C2为包容件刚性因数;d1为被包容件内孔直径,mm;d2为包容件外径,mm;μ1为被包容件材料泊松比;μ2为包容件材料泊松比。

对于曲轴装配齿圈结构,齿圈为包容件,曲轴为被包容件。计算连接面压力时,可以取齿根圆直径为d2。曲轴装配平衡轴齿圈连接面的最大径向压力通常为20 MPa～40 MPa。……