發動機曲軸的設計如何影響發動機性能

發動機曲軸的設計對發動機性能有著多方面的重要影響。

首先是材料選擇，如 40CrNiMoA 等高強度且韌性良好的材料能確保曲軸的耐用性。

模鍛型腔分模面設計要依據零件外形，沿曲柄外形曲面分模，這樣可自然出模，減少加工余塊和量。

產品基準選擇上，設計與加工基準統一，便于機加找正定位中心，減少累計公差。

通過數值模擬優化毛邊槽設計，對于水平方向不易充滿的中部曲柄部分，下模不增設橋部，只保留上模橋部。

校正模具型腔時，選擇兩頭主軸及連桿頸為校正部位，校正模收縮率為 1.0%至 1.2%。

模鍛成形環節，先將臥鍵裝在模具上并用銷固定，預熱模具，采用機油加石墨潤滑，用天然氣加熱爐加熱毛坯，充分保溫后轉移至預熱模具，先輕擊再重擊成形并空冷。

熱處理采用電阻爐正火，單層擺放鍛件底部增加支架防變形。

在 3D 設計中，新建曲軸文件改單位為英制 in，在 YZ 工作平面繪制草圖并多次拉伸不同部位，在不同平面操作創建孔特征和圓柱體并進行布爾運算。

曲拐布置方式很關鍵，直列發動機每個氣缸對應一個曲拐，V 型布局曲拐數量是氣缸的一半。如 90°和 120°為空間曲拐，180°為平面曲拐。布置要考慮多因素，保證同時做功的氣缸距離遠以維持平衡。

美式 V8 發動機曲拐互成 90°的空間布置運轉平順，NVH 表現好，養護成本低，但占空間大，性能一般。

歐系 V8 發動機 180°的平面布置設計緊湊，整備質量輕，轉動慣量小，能迅速達到轉速區間輸出強動力，但運轉振動大，需加平衡軸。

有限元分析在曲軸設計中廣泛應用，能更準確核算強度。

對于重卡直列六缸內燃機，增大過渡圓角半徑能增加疲勞強度，但軸頸承壓有效長度會減小，軸承承壓面積也會減小。一般過渡圓角半徑與主軸頸直徑比值在 0.03 至 0.09，重卡直列六缸內燃機左式曲軸主軸頸直徑為 100mm，過渡圓角半徑宜為 3 至 9mm。

通過靜力學仿真實驗和企業調研，適當增加曲軸軸頸與曲柄臂的過渡圓角半徑，能降低早期故障率，減少最大應力值。