【正文】 量和銷量如下表： 表 汽車產(chǎn)銷量表 年度 總產(chǎn)量 總銷量 乘用車 商用車 產(chǎn)量 銷量 產(chǎn)量 銷量 07 年 570． 77 08 年 09 年 汽車產(chǎn)量 和保有量的迅速增長(zhǎng)導(dǎo)致了石油能源需求的矛盾加劇，使中國(guó)成為了石油進(jìn)口大國(guó)，每年需進(jìn)口石油總產(chǎn)量的百分之三十。所以在發(fā)達(dá)國(guó)家，重型車使用柴油機(jī)占百分之百，轎車比例日益上升。目前重車基本應(yīng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，而輕型車配柴油機(jī)只占 33﹪。近年玉柴研制出 YC4V、 YC6L40都可達(dá)到歐Ⅲ或歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。 隨著汽車工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能及可靠性要求越來(lái)越高，而連桿的強(qiáng)度、剛度對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及可靠性至關(guān)重要，因此國(guó)內(nèi)外各大發(fā)動(dòng)機(jī)研制公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料及制造技術(shù)的研究都非常重視。粉末燒結(jié)鍛造連桿的特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)效益顯著，一般認(rèn)為粉末燒結(jié)鍛造連桿與鍛鋼連桿相比，材料可節(jié)約 40%，生產(chǎn)成本可降低 10%，能源消耗可節(jié)；但前些年由于金屬粉末的種類極少，又受到成本的限制，發(fā)展不快。 雖然連桿加工本身所包括的工藝內(nèi)容并不復(fù)雜，但由于材質(zhì)、外形尺寸以及要求的加工精度，經(jīng)常給加工帶來(lái)不少困難。這樣，工程師可以更加專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示。 CAD、 Pro/E 軟件對(duì)連桿進(jìn)行了三維幾何建模，在利用 ANSYS 軟件進(jìn)行連桿的前處理過(guò) 程中，包括實(shí)體建模、定義材料屬性、定義單元類型、網(wǎng)格劃分；求解過(guò)程，包括施加約束、施加載荷、進(jìn)行求解計(jì)算；后處理過(guò)程，包括結(jié)果的觀察、分析和檢驗(yàn)。其作用是將活塞頂?shù)臍怏w壓力傳給曲軸， 又受曲軸驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活 塞壓縮氣缸中的氣體 [3]。 由于連桿為一細(xì)長(zhǎng)桿件，當(dāng)受壓縮和橫向慣性力作用時(shí)，若連桿桿身剛度不足，則會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。連桿大頭的上部與連桿大頭蓋一起組成連桿大頭， 連桿結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。在力的作用下，桿身應(yīng)該不致被顯著壓彎，連桿大小頭也應(yīng)該不致顯著失圓。連桿大小頭軸 承的潤(rùn)滑條件苛刻，工作中反復(fù)受到擠壓和沖擊 [6]。 目前用于連桿的材料多為中碳鋼，而對(duì)大功率柴油機(jī)連桿則多采用高強(qiáng)度合金鋼。 連桿基本參數(shù)的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定 4110 柴油機(jī)的主要性能參數(shù)如表 所示。連桿長(zhǎng)度越短，即 ? 越大，則可降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度，減輕運(yùn)動(dòng)件重量和整機(jī)重量，對(duì)高 8 速化有利，但 ? 大，使二級(jí)往復(fù)慣性力及氣缸側(cè)壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸相碰的可能性。 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小頭結(jié)構(gòu)型式 現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)絕大多數(shù)采用浮式活塞銷，也就是說(shuō)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中活塞的銷座中和在連桿的小頭中都是能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的。 圖 22 連桿小頭結(jié)構(gòu)型式 連桿襯套 襯套與連桿小頭孔為過(guò)盈配合，青銅襯套與活塞銷的配合間隙 ? 大致在（ ～） d 的范圍內(nèi)，在采用粉末冶金襯套時(shí)，由于襯套壓入后，內(nèi)徑會(huì)縮小，因此配合間隙應(yīng)適當(dāng)放大，一般 ? 大致在（ ～ ） d。 9 設(shè)計(jì)襯套寬度與連桿小頭等寬， 襯套的厚度一般為 mm3~2?? ， 本設(shè)計(jì)取?? 。連桿桿身采用工字形截面，其長(zhǎng)軸位于連桿擺動(dòng)平面，這種截面對(duì)材料利用得最為合理，這是由于連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)上下兩端的連接相當(dāng)于鉸支，而在垂直連桿擺動(dòng)平面的方向，其上下兩頭的連接則相當(dāng)于兩端固定的壓桿，故后者穩(wěn)定性好，允許的失穩(wěn)臨界力大。桿身的最小截面積與活塞面積之比，對(duì)于鋼制連桿來(lái)說(shuō)大約是在 1125 30的范圍內(nèi) [6]。其中 D B2是根據(jù)曲軸強(qiáng)度、剛度和軸承的承壓能力，在曲軸設(shè)計(jì)中確定。 大頭結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)《柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到以下數(shù)據(jù)： )~(2 DD ? mmDD ??取 )~(22 DB ? 22 ?? DB取 mmb ?則大頭寬度 mm3~ ?? mm32 ??取 mmd ?則大頭孔直徑 D）（ ~ m ? m ?? D取 連桿大頭與連桿蓋的分開(kāi)面采用平切口，大頭凸臺(tái)高度 221 )~( dHH ?? ，取 mmdH 21 ?? ，取 mmdH 22 ?? ， 為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離 2)~( dC ? ，取 mmdC 2 ?? ，一般螺栓孔外側(cè)壁厚不小于 2毫米，取 5毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過(guò)渡采用盡可能大的圓角。 12 第 3 章 連桿的 強(qiáng)度、剛度計(jì)算 連桿小頭的強(qiáng)度校核 以過(guò)盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。 圖 連桿小頭主要結(jié)果尺寸 計(jì)算時(shí)把連桿小頭和襯套當(dāng)作兩個(gè)過(guò)盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過(guò)盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為 ： MPaddEdDdDEdd t]dd[1][1)(p212212221221 ??????????????????? （ ） 式中 ： ? — 襯套壓入時(shí)的過(guò)盈， mm ； 一般青銅襯套 ~ 1 ?? ，取 mm0 3 0 . 0 0 0 8 ???? ， 其中 ： t? — 工作后小頭溫升 ,約 C 150~100 ? ； ? — 連桿材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于鋼 )/1( 5 C??? ?? ； 13 ?? — 襯套材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于青銅 )/1( 5 C???? ?? ； ? 、 ?? — 連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可取 ????? ； E — 連桿材料的彈性模數(shù)，鋼 M P 5?? ； E? — 襯套材料的彈性模數(shù) ，青銅 M Pa539。 連桿小頭的剛度計(jì)算 當(dāng)采用浮動(dòng)式活塞銷時(shí)，必須計(jì)算連桿小頭在水平方向由于往復(fù) 慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗(yàn)公式為 : 6233j m a x10 )90(P ? ???EId m ?? （ ） 式中 ： ? — 連桿小頭直徑變形量， mm ； md — 連桿小頭的 平均直徑， mm ； I — 連桿小頭斷面積的慣性矩 。 則 最大拉伸應(yīng)力為： ??? MPa 桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃?xì)庾饔昧?maxgp 時(shí)，并可認(rèn)為是在上止點(diǎn)，最大壓縮力為： jgc PpP ?? max （ ） N04 17 3)44 76 6( 40 6 ???? 連桿承受最大壓縮力時(shí)，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。 連桿桿身所受的是非對(duì)稱的交變循環(huán)載荷，把 x? 或 y? 看作循環(huán)中的最大應(yīng)力，看作是循環(huán)中的最小應(yīng)力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。 連桿蓋的最大載荷是在 進(jìn)氣沖程開(kāi)始的，計(jì)算得： NPPP rj 7 3 4 8 3 0 0 6 74 4 4 7 6 6m a x2 ????? （ ） 作用在危險(xiǎn)斷面上的彎矩 1M 和法向力 1N 由經(jīng)驗(yàn)公式求得： 0 1 9 7 4400 0 0 8 1 2 0 37 3 4 8 3 3)0 0 0 8 1 2 (2 021 ????????? ）（?CPMNPN 4 4 6 3)400 0 2 (7 3 4 8 3 3)0 0 2 ( 021 ??????? ? （ ） 由此求得作用于大頭蓋中間斷面的彎矩為 ： IIMM ???11 （ ） 作用于大頭蓋中間斷面的 法向力為： AANN ???11 （ ） 式中 ： I ， I? — 大頭蓋及軸瓦的慣性矩， 4mm ； 433232 9 4 812 2 ( )2(12 mmdCBhBI ??????? ） 18 433232 mmBhBI ????? ?‘ A ， A? — 大頭蓋及軸瓦的斷面面積， 2mm ； 22 8 12 0 mmhBA ????? 22 2 mmBA ?????? ? 在中間斷面的應(yīng)力為 ： ANWM??? （ ） 式中 ： W— 大頭蓋斷 面的抗彎斷面系數(shù) 。 19 連桿螺栓的屈服強(qiáng)度校核和疲勞計(jì)算 連桿螺栓預(yù)緊力不足不能保證連接的可靠性，但預(yù)緊力過(guò)大則可能引起材料超出屈服極限，則應(yīng)校核屈服強(qiáng)度，滿足 ： nFP s?? ?? min （ ） 式中 ： minF — 螺栓最小截面積， 222m i n mmdF M ???? ??； P — 螺栓的總預(yù)緊力， NPPP 1 5 5 1 5 2 33021 ????? ； n — 安全系數(shù)， ~?n ，取 ； s? — 材料的屈服極限，一般在 600MPa 以上[16]。因?yàn)檫^(guò)程中有很多的步驟，不可能一一詳列，故本論文省略了一些小的過(guò)程，只將建模的一些關(guān)鍵過(guò)程記錄下來(lái)。 ，繪制基本曲線，運(yùn) 用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線。 ，運(yùn) 用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線。 圖 42 連桿主體 建立連桿大頭和小頭 DTM2 面，輸入 。 DTM1 面，選擇菜單中的【插入】→【拉伸】命令進(jìn)入 。 建立連桿大頭部位凸臺(tái) ，如圖 45所示。 ，如圖 46 所示。 ，如圖 47 所示 。 ，繪制基本曲線，運(yùn)用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線，確定。 (2)使用螺旋命令，建立螺紋。如圖 49（ c） 所示。 25 圖 412 連桿圖 連桿工況選擇與載荷計(jì)算 計(jì)算工況的選擇 在內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，連桿作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，它受到的力是周期變化的。21 2 2 1 . 7 5 3 8 . 5 2 6 2 9 . 3 6 52A m m?? ? ? ? ? （ ） 大頭內(nèi)孔表面的面積為： 21 2 3 9 . 9 4 8 . 6 2 6 0 9 1 . 4 0 42A m m?? ? ? ? ? （ ） 連桿小頭受到的是活塞組 1M 的最大往復(fù)慣性力，這個(gè) 力在小頭內(nèi)孔表面的面積上產(chǎn)生的壓力為： 1 m a x,39。39。一般來(lái)說(shuō) ,因模型帶來(lái)的誤差要比有限元計(jì)算方法本身的誤差大得多。對(duì)于操作過(guò)程，只簡(jiǎn)述三個(gè)，其余具體操作不再贅述。 (EX=+11 PRXT= ) (3)點(diǎn)擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=3 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (1)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=1 SOLID187；Material number=1]。 (點(diǎn)選 Smart Size 精度設(shè)置在 4～ 6之間 ) 圖 414 連桿有限元網(wǎng)格圖 29 約束條件 假定連桿小頭當(dāng)作剛體固定，連桿受拉工況，在連桿小頭內(nèi)側(cè)圓柱面上施加徑向約束，并在小頭端面一側(cè)上施加除徑向外的其余兩方向上的約束。 圖 415 連桿約束網(wǎng)格圖 連桿應(yīng)力分析 連桿拉伸工況下的應(yīng)力分析 運(yùn)用 ANSYS 對(duì)連桿拉伸工況進(jìn)行應(yīng)力分析，如圖 416 至圖 425所示。 圖 417 拉伸工況的變形效果圖 查看變形結(jié)果： General PostProc Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Dof Solution X 、 Y、 Z 和總變形 [12]。 圖 420 連桿受拉工況下的 Z 軸變形 32 (4)[DOF SolutionTranslation USUM Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain的框中不填 OK][19]，如圖 421 所示。 (1)[StressXDirection SX Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 422