基于柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)探究

吳化勇

摘 要：動力輸出機(jī)構(gòu)和皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的重要部件，對于柴油機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)動，起到至關(guān)重要的作用。文章通過兩項(xiàng)專利技術(shù)，闡述了動力輸出機(jī)構(gòu)和皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決柴油機(jī)飛輪端皮帶輪輸出動力存在的缺陷，提高皮帶裝配和維修效率。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設(shè)計(jì)

前言

隨著機(jī)械現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，提高機(jī)械高速化、輕量化發(fā)展進(jìn)程，對柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，有了更好要求。在柴油機(jī)結(jié)構(gòu)中，動力輸出機(jī)構(gòu)和皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)是兩大重要部分，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對已提高柴油機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要的意義。因此，立足柴油機(jī)的發(fā)展需求，緊扣柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中存在的問題與不足，通過專利技術(shù)發(fā)明，實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)的機(jī)構(gòu)優(yōu)化，以更好地適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需求。文章通過對專利技術(shù)的闡述，具體說明柴油機(jī)在動力輸出機(jī)構(gòu)和皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 動力輸出機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

我國現(xiàn)有的以柴油機(jī)為動力的自走式兩行玉米收割機(jī)，其收割機(jī)構(gòu)的動力來源于柴油機(jī)飛輪端皮帶輪輸出的動力。普通的動力輸出結(jié)構(gòu)模式是在飛輪上安裝皮帶輪，由皮帶輪通過皮帶輸出動力，這樣的動力輸出結(jié)構(gòu)模式將皮帶輪承載的徑向力直接通過飛輪傳遞到柴油機(jī)的曲軸上，容易造成軸瓦偏磨、曲軸斷裂等故障發(fā)生。另外由于皮帶輪與飛輪同軸安裝在曲軸上，飛輪殼后端為敞開式，灰塵、泥水、沙石等會直接進(jìn)入，影響起動電機(jī)與飛輪齒圈的起動嚙合，降低起動機(jī)使用壽命。因此，在對傳統(tǒng)動力輸出機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵要解決解決柴油機(jī)飛輪端皮帶輪輸出動力存在的缺陷。如圖1所示，是基于實(shí)際缺陷所設(shè)計(jì)的一種用于柴油機(jī)的動力輸出機(jī)構(gòu)。

由圖1可以知用于柴油機(jī)的動力輸出機(jī)構(gòu)包括飛輪3和飛輪殼2，飛輪殼2安裝在曲軸1的輸出端上，且飛輪殼2罩設(shè)在飛輪3上。還包括輸出短軸5，輸出短軸5上設(shè)有法蘭盤，法蘭盤一側(cè)的輸出短軸5上安裝有飛輪3，且飛輪3通過螺釘連接著法蘭盤，飛輪3還通過螺釘連接著曲軸1的端面；飛輪3一側(cè)的輸出短軸5的軸端配合位于曲軸1輸出端的軸孔內(nèi)，即輸出短軸5以曲軸的軸孔定位。法蘭盤另一側(cè)的輸出短軸5上通過軸承6安裝有盤狀的支撐座4。支撐座4的圓周上均布開設(shè)有十二安裝孔，支撐座4的中部鏤空，其軸向截面呈喇叭狀。支撐座4與法蘭盤之間的輸出短軸5上設(shè)有凸環(huán)狀的軸肩，支撐座4外側(cè)的輸出短軸5為錐度小于5的圓錐軸，皮帶輪7通過內(nèi)圓錐孔與輸出短軸5的錐面配合連接，皮帶輪7為多槽皮帶輪。與皮帶輪7對應(yīng)的輸出短軸5的端部軸向配合安裝有壓緊螺栓9，壓緊螺栓9上套設(shè)有壓緊墊圈8。飛輪殼的圓周上均布開設(shè)有十二個螺紋，且與支撐座的圓周上的十二個安裝孔對應(yīng)，并通過十二螺釘使飛輪殼2和支撐座4固定連接。

工作時，柴油機(jī)經(jīng)曲軸1、飛輪3產(chǎn)生的動力，由曲軸1輸出端安裝的動力輸出機(jī)構(gòu)輸出動力，皮帶輪7在輸出動力時所承載的徑向力通過輸出短軸5→軸承6→支撐座4→飛輪殼2傳遞至發(fā)動機(jī)的機(jī)體10，有效地解決由皮帶輪輸出承載徑向力對曲軸、軸瓦造成斷軸、偏磨等故障，對飛輪、起動電機(jī)有保護(hù)作用。

2 皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在常規(guī)情況下柴油機(jī)水泵、發(fā)電機(jī)、曲軸外傳動連接多為V型皮帶傳動，皮帶為自張緊方式，一根皮帶連接曲軸皮帶輪-水皮帶輪-發(fā)電機(jī)張緊輪，發(fā)電機(jī)圍繞其下支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自張緊皮帶，由于人工撬起發(fā)電機(jī)，再鎖另一支點(diǎn)，不足方面是對皮帶張緊度的不能很好控制，尤其是柴油機(jī)水泵的齒輪室蓋的之間各皮帶輪間的空間位置狹小使得調(diào)節(jié)張緊皮帶十分困難。如何能在有效的空間實(shí)現(xiàn)皮帶張緊的問題一直是擺在設(shè)計(jì)人員的一個難題。

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，文章提供了如圖2所示的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以齒輪室蓋安裝位置孔為支點(diǎn)固定機(jī)構(gòu)，同時結(jié)合齒輪蓋形狀及裝配位置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用有限空間，能達(dá)到最大限度的張緊輪移動調(diào)節(jié)量；通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)皮帶張緊度的方法簡單，便于裝配和維修。

從圖2可以知道，皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)，包括張緊輪6、軸承、緊固螺母5、襯套4、張緊輪座1、調(diào)節(jié)螺桿2和張緊輪軸3。張緊輪6的輪緣周上設(shè)有V型環(huán)槽，張緊輪6的中心設(shè)有臺階軸承孔和擋圈槽；緊固螺母5的一端為六角頭，另一端為定位軸9，且定位軸9的中心設(shè)有內(nèi)螺紋孔。

張緊輪座1為三角板座與條形臺的連接體，張緊輪座的材質(zhì)為HT200材料。張緊輪座1的三角板座上設(shè)有安裝孔。張緊輪座1的條形臺設(shè)有凸臺平面，條形體的一側(cè)直角邊與三角板座的一側(cè)邊交界，條形體的另一直角側(cè)邊的短邊面為端頭面，且端頭面與凸臺平面垂直。條形臺凸臺下平面與三角板座的底面共面。條形臺凸臺平面上設(shè)有一腰形孔，該腰形孔的長度向與條形臺的長度向一致。條形臺凸臺下平面處沿腰形孔外輪廓周邊上設(shè)有腰形臺階槽7。條形臺的端頭面上設(shè)有一通孔，且該通孔沿腰形孔長度向與腰形孔垂直相貫。張緊輪座為本發(fā)明的連接固定主支撐體。

調(diào)節(jié)螺桿2其兩端為光桿軸，其中間段為螺紋桿軸，其一端頭為六角頭。

張緊輪軸3為階梯軸，其頭部為外螺紋軸，其尾部為軸臺階8，其中間段為光軸，且光軸的腰部設(shè)有螺紋孔。

張緊輪座1通過螺栓固定連接在齒輪室蓋12上，張緊輪座1的三角板座的底面與齒輪室蓋12上平面對應(yīng)接觸。張緊輪6通過緊固螺母5螺紋連接在張緊輪軸3上。張緊輪軸3通過調(diào)節(jié)螺桿2螺紋連接在張緊輪座1的腰形孔內(nèi)。

張緊輪軸3尾部的軸臺階8對應(yīng)設(shè)置在張緊輪座1的腰形臺階槽7內(nèi)，張緊輪軸3光軸腰部的螺紋孔對應(yīng)連接在調(diào)節(jié)螺桿2的螺紋桿軸上，調(diào)節(jié)螺桿2的兩端光桿軸架設(shè)在張緊輪座1條形臺端頭面的通孔內(nèi)。張緊輪軸3光軸上段套設(shè)在襯套4內(nèi)，襯套4的底面與張緊輪座1條形臺凸臺上平面對應(yīng)接觸。張緊輪軸3的頭部外螺紋軸與緊固螺母5螺紋連接，緊固螺母5的定位軸9配合連接于軸承的內(nèi)圈，且緊固螺母5的六角頭的下端面抵在軸承內(nèi)圈的上端。軸承的外圈配合連接在張緊輪6的臺階軸承孔內(nèi)，且通過孔用檔圈抵在軸承外圈的上端。襯套4的上平面與軸承內(nèi)圈的下端對應(yīng)接觸。通過調(diào)節(jié)螺栓2來調(diào)節(jié)張緊輪軸3沿腰形孔移動以達(dá)到張緊之目的?？梢酝ㄟ^更換不同厚度的襯套以達(dá)到調(diào)節(jié)張緊輪6的V型環(huán)槽中心位置。緊固螺母5裝配在張緊輪軸3上可壓緊軸承內(nèi)圈，以限定張緊輪6的軸向竄動。

3 結(jié)束語

通過對柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的不足與問題，在對輸出動力機(jī)構(gòu)、皮帶張緊輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，一方面對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行優(yōu)化，強(qiáng)調(diào)優(yōu)化后機(jī)械機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化；另一方面，立足農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展需求，通過機(jī)構(gòu)優(yōu)化，提高柴油機(jī)的實(shí)際應(yīng)用價值，對于推動農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)代化發(fā)展，起到重要作用。

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