本发明专利技术请求保护一种内燃机曲柄销油孔强度的早期计算及修正方法。曲轴是内燃机核心零部件之一，必须满足一定的强度要求，尤其在曲柄销油孔处，易于产生应力集中，导致曲轴失效。当前曲柄销油孔直径及角度多是根据经验进行设计，曲轴3D模型完成之后再通过仿真分析进行强度校核，而此时，曲轴的一些主要尺寸早已确定，对于一些由于这些主要尺寸导致的强度问题，需要进行设计变更，优化成本极高。本方法则可以在曲轴设计的早期，主要尺寸确定之后，通过数值方法计算曲柄销油孔强度，对于不满足强度要求的设计方案及时进行优化，避免后期设计变更的风险。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内燃机曲轴强度计算和修正方法，特别是一种内燃机曲柄销油孔强度 的早期计算和修正方法。
技术介绍
曲轴是内燃机核心零部件之一，必须满足一定的强度要求。在各种力的作用下，曲 柄销油孔易于出现应力集中，严重情况会导致曲柄销断裂。所以曲轴受力情况及曲柄销油 孔的设计对曲柄销油孔强度有重要影响。当前曲轴设计过程中，一般都是在曲轴3D模型确 定后进行强度校核。此时，很多关键尺寸已经不能变更，如果曲柄销油孔存在强度问题仅能 通过修改一些局部尺寸进行优化，而这种局部优化只能解决一些小问题，无法解决由于布 局、结构形式等基础结构带来的曲柄销油孔强度问题，存在后期设计变更的风险。而现有技 术及文献中没有对曲柄销油孔设计早期曲柄销油孔强度的计算评估方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，提出了一种可以及时修改曲轴总体结构参数，避免后期设 计变更的风险、提高曲轴稳定性的内燃机曲柄销油孔强度的早期计算及修正方法。本专利技术 的技术方案如下： ，其包括以下步骤： 101、选取预先设定好了曲柄销油孔尺寸的内燃机曲柄，对曲柄连杆机构进行运动 学分析，计算曲柄销和活塞销的加速度，建立曲柄连杆机构运动学分析坐标系，以中间轴 颈轴心处为坐标原点，X轴正方向表示沿曲轴轴颈中心指向飞轮端的方向，Z轴正方向表示 沿中间轴颈中心竖直向上，Y轴正方向表示由排气侧指向进气侧的方向，曲轴旋转方向遵循 右手法则，起始位置以第一缸曲柄销竖直向上起始； 102、根据曲柄销和活塞销的加速度计算公式计算出第i个曲拐中曲柄销和活塞 销的在步骤101建立的分析坐标系中的加速度； 103、基于步骤101和步骤102计算得到的曲柄连杆机构曲柄销和活塞销的加速 度，进行动力学分析，计算第i个曲拐受力情况，将力分解到曲拐方向及曲拐垂直方向； 104、根据曲轴尺寸，计算曲轴危险截面属性，包括重叠度U、有效厚度Ymax、有效 宽度H、曲柄销油孔处截面面积、抗弯截面模量和抗扭截面模量； 105、根据曲轴动力学分析结构，计算曲柄销油孔处安全系数，评估曲柄销油孔处 强度水平，选择第m个曲拐对第m个曲柄销油孔进行强度计算，当曲柄销油孔强度强度满足 预先设定的强度值时，则不需要修正，否则回到步骤101修正曲轴的尺寸。 进一步的，步骤102中的计算曲柄销和活塞销的加速度公式为：曲柄销的加速度： DDY_CP (i) = ω2 . RC · sin ( α + β (i)) DDZ_CP (i) = - ω2 . RC · cos ( a + β (i)) 活塞销的加速度： DDA (i) = - ω2 · RC · sin ( δ (i) - a - β (i)) i- -?Α(?) DDA(/). LR · -(A/LR)- - DA(/l· ,-… 酬 〇=__,_障): LR:，(1-(A/LR)-) DDY_P(i) = DDY_CP(i)+LR · cos Θ · D Θ (i)+LR · sin Θ · DD Θ (i) DDZ_P(i) = DDZ_CP(i)-LR .sin Θ .D Θ (i)+LR .cos Θ .DD Θ (i)，其中 DDY_CP(i) 表示曲柄销的加速度在Y轴上的分量，DDZ_CP(i)表示曲柄销的加速度在Y轴上的分量，ω 表示角加速度，RC表示曲轴旋转半径，β (i)表示连杆与汽缸轴线的夹角，a表示曲柄臂与 汽缸轴线的夹角，δ (i)表示活塞轴线与汽缸轴线的夹角，LR表示连杆长度。 进一步的，步骤103中计算第i个曲拐受力情况，将力分解到曲拐方向及曲拐垂直 方向包括:A1、计算作用于活塞的力；A2、计算活塞销座受力；A3、计算连杆小端处受力；A4、 计算曲柄销处受力；A5、计算曲轴主轴颈处受力，包括曲柄臂惯性力、配重惯性力、第一轴颈 受力、中间轴颈受力。 进一步的，步骤105根据曲轴动力学分析结构，计算曲柄销油孔处安全系数，评估 曲柄销油孔处强度水平，选择第m个曲拐对第m个曲柄销油孔进行强度计算包括：bl、计算 曲柄销油孔截面内力和内力矩；b2、计算曲柄销-油孔截面危险点应力；b3、计算曲柄销的 名义弯曲；b4、计算曲柄销应力集中系数β山5、计算钢曲轴-弯曲应力、钢曲轴-扭转应 力、球铁曲轴-弯曲应力、球铁曲轴-扭转应力；b6、计算曲柄销-油孔处当量应力；b7、计算 安全系数。 本专利技术的优点及有益效果如下： 本专利技术提出了的内燃机曲柄销油孔强度的分析方法主要解决在曲柄销油孔概念 设计早期的强度问题，能够有效保证曲轴的概念设计中活塞销座、连杆小端、曲柄销、曲轴 主轴颈等关键位置的强度可靠性，避免在曲轴设计的后期，出现由于概念设计不合适而带 来的不可逆转的曲轴强度问题。【附图说明】 图1是本专利技术提供优选实施例建立发动机的曲柄连杆机构运动学分析坐标系示 意图； 图2是本专利技术提供优选实施例曲柄连杆机构运动示意图； 图3是本专利技术提供优选实施例曲柄连杆机构受力简图； 图4是本专利技术提供优选实施例曲轴主轴颈受力示意图； 图5是本专利技术提供优选实施例曲柄臂截面内力和内力矩示意图； 图6是本专利技术优选实施例的流程图。【具体实施方式】 以下结合附图，对本专利技术作进一步说明： 本专利技术的目的通过以下技术方案来实现： 1.曲轴受力分析 输入参数符号说明 α -曲轴转角 β⑴一第i个气缸的初始位置曲柄销倾斜角 δ⑴一第i个气缸的中心线倾斜角 espl-活塞销偏心位移 esp2一曲轴偏心位移 NRPM-发动机转速 LR、RL-连杆长度 RC-曲轴半径 CPP (i) -第i个气缸中心的轴向坐标位置 MBP(j) -第j个曲轴主轴颈中心的轴向坐标位置 MWEB(k)-第k个曲柄臂质量 RWEB (k)-第k个曲柄臂重心半径 DEGWEB (k)-第k个曲柄臂重心的角度（顺时针为正） WEBP (k)-第k个曲柄臂轴向坐标位置 MCW (k) -第k个配重质量 RCW (k)-第k个配重重心半径 DEGCW(k)-第k个配重重心的角度（顺时针为正） CWP (k)-第k个配重轴向坐标位置 prshift(i)-点火间隔角 DP-活塞直径 MP-活塞质量 MPP-活塞销质量 MR-连杆总质量 RLA-连杆重心到连杆大端中心的距离 MRB-连杆大端等效质量 MRS-连杆小端等效质量 MCP(i)-曲柄销质量 P(i) -气体作用力 DCPO(i)-曲柄销外径直径 DCPI(i)-曲柄销内径直径 LCP⑴一曲柄销长度 P -曲轴材料密度 DMJO (m) -主轴颈外径直径 Rj-主轴颈圆角半径 Rp一曲柄销圆角半径 T(m)-曲柄臂厚度 W(m)-曲柄臂宽度 Doil-曲柄销油孔直径 δ j-轴颈圆角深入曲柄的量 〇b-曲轴材料抗拉强度 Θ-油孔相对于曲拐平面的位置角 F〇_l-倒角处疲劳强度 曲轴表面强化方法 曲拐数 发动机总体结构 发动机总体结构的定义 图1发动机坐标系图 如图1所示，坐标原点为中间轴颈轴心处，X轴一沿曲轴轴颈中心指向飞轮端，Z 轴一沿中间轴颈中心竖直向上，Y轴一由排气侧指向进气侧。曲轴旋转方向遵循右手法则。 起始位置以第一缸曲柄销竖直向上起始。 曲柄连杆机构运动学 图2曲柄连杆机构运动简图 (1)曲柄销坐标 (2)活塞销坐标 其中，es本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种内燃机曲柄销油孔强度的早期计算及修正方法，其特征在于，包括以下步骤：101、选取预先设定好了曲柄销油孔尺寸的内燃机曲柄，对曲柄连杆机构进行运动学分析，计算曲柄销和活塞销的加速度,建立曲柄连杆机构运动学分析坐标系,以中间轴颈轴心处为坐标原点，X轴正方向表示沿曲轴轴颈中心指向飞轮端的方向，Z轴正方向表示沿中间轴颈中心竖直向上，Y轴正方向表示由排气侧指向进气侧的方向，曲轴旋转方向遵循右手法则，起始位置以第一缸曲柄销竖直向上起始；102、根据曲柄销和活塞销的加速度计算公式计算出第i个曲拐中曲柄销和活塞销的在步骤101建立的分析坐标系中的加速度；103、基于步骤101和步骤102计算得到的曲柄连杆机构曲柄销和活塞销的加速度，进行动力学分析，计算第i个曲拐受力情况，将力分解到曲拐方向及曲拐垂直方向；104、根据曲轴尺寸，计算曲轴危险截面属性，包括重叠度U、有效厚度Ymax、有效宽度H、曲柄销油孔处截面面积、抗弯截面模量和抗扭截面模量；105、根据曲轴动力学分析结构，计算曲柄销油孔处安全系数，评估曲柄销油孔处强度水平，选择第m个曲拐对第m个曲柄销油孔进行强度计算，当曲柄销油孔强度强度满足预先设定的强度值时，则不需要修正，否则回到步骤101修正曲轴的尺寸。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周舟，张磊，李占辉，孟再强，
申请(专利权)人：中国汽车工程研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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