某四缸发动机球墨铸铁曲轴轻量化结构验证

在不涉及曲轴材料和安装尺寸变动的前提下,对市场上已成熟投放的发动机曲轴进行结构改进,达到轻量化的目的。首先,通过对某款四缸发动机球墨铸铁曲轴由8个平衡块的全平衡结构,改为4个平衡块非全平衡结构进行减重;其次,通过把曲轴平衡块铸造拔模斜度最高点由1.5改为0减少曲轴平衡块两侧面的加工去重减重;最后,通过把曲轴第二、三、四主轴径改为中空结构,中空尺寸为两头φ30 mm,中间φ50 mm;把全部连杆颈颈改为中空结构,中空尺寸为两头φ25 mm,中间φ35 mm,主轴径和连杆颈中空结构需考虑避开斜油孔位置,中空结构形状需根据斜油孔位置进行调整,经过上述结构改进后,曲轴重量由改进前的50.6 kg减轻至44.1 kg。对改进后的曲轴进行验证:用三维设计软件对曲轴质量中心进行摸拟分析,曲轴质量中心偏移量不超过0.02 mm,符合设计要求;对减重后的实物曲轴进行动平衡试验,动不平衡量稍大,在可接受范围;对减重后的曲轴在发动机试验台架进行轴系扭转振动测试:单谐次最大扭振值0.076°,小于设计限值0.2°。对减重后的曲轴进行弯曲疲劳试验,曲轴安全系数为1.87,满足球铁曲轴要求安全系数大于1.8的要求。经过验证确认对球铁铸铁曲轴进行减少平衡块、平衡块减余量和轴径中空结构改进减重,重量减轻12.84%,改进方案是可行的。