曲轴是发动机的主要旋转部件, 负责将活塞的往复运动转变为自身的旋转运动。曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩, 用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力的共同作用下工作, 承受弯曲和扭矩交变载荷。因此, 曲轴应该有足够的抗弯曲、抗扭矩的疲劳强度和刚度; 轴颈应该有足够大的承压表面和耐磨性; 曲轴的质量应尽量小; 对各轴颈的润滑应该充分。
曲轴一般由45 钢、40Cr、35Mn2 等中碳钢和中碳合金钢模锻而成, 轴颈表面经高频淬火或氮化处理, 最后进行精加工。为提高曲轴的疲劳强度, 消除应力集中, 轴颈表面应进行喷丸处理, 圆角处要经滚压处理。
曲轴基本上由若干个单元曲拐构成。一个曲柄销、左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。将若干个单元曲拐按照一定的相位连接起来, 再加上曲轴前、后端便构成一根曲轴。多数发动机的曲轴, 在其曲柄臂上装有平衡重。平衡重用来平衡连杆大端、连杆轴颈和曲柄产生的离心力和力矩, 使发动机运转平稳, 并减小主轴承上的负荷。平衡重常与曲轴制成一体, 且须经过动平衡校验合格。在曲轴上还钻有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道, 一定压力的润滑油通过此油道对主轴承和连杆轴承进行润滑, 从而减小摩擦阻力, 保护主轴颈和连杆轴颈。
相邻两个曲拐间都有主轴颈的曲轴为全支撑曲轴, 其优点是抗弯曲能力强, 并可减轻主轴承的载荷; 缺点是主轴颈多, 加工表面多, 曲轴和机体相应较长。在直列式发动机中, 全支撑曲轴的主轴颈比气缸多一个; 在V 形发动机中, 全支撑曲轴的主轴颈比气缸的一半多一个。现代汽车发动机多采用全支撑整体式曲轴。(www.xing528.com)
曲轴实体模型如图6-1 所示。
图6-1 曲轴实体模型
在对曲轴进行三维建模前, 应先对曲轴的实体模型进行观察。由图6-1 可知, 把曲轴的前端和输出端去掉之后, 可以将曲轴看成是一个对称的图形。因此, 只需要创建好这样一个形状, 其余的部分可通过镜像命令、线性阵列命令、旋转命令得到。在创建曲轴的三维模型时, 应该先从主轴颈开始创建。特别要注意的是, 在对主轴颈和连杆轴颈进行拉伸的时候, 定义的拉伸厚度应该为实际厚度的一半, 原因在于在后续的步骤中会使用镜像命令和线性阵列命令。先将曲轴的主体部分(对称部分)创建完毕之后再进行前端和输出端的创建工作。
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