【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的橫向慣性也會(huì)使連桿彎曲變形，因此桿身必須有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素。 為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，一般把桿身斷面 H 從小頭到大頭逐漸加大， max min/HH值最大到 ，桿身到小頭到大頭的過(guò)度必須用足夠大的圓角半 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 12 徑。 對(duì)工作可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)表明，現(xiàn)代汽油機(jī)連桿桿身平均斷面積 fm 與活塞面積 Fp 之比 fm/Fp=～ ，柴油機(jī)為 ～ 。為了在較小重量下得到較大的剛度，高速內(nèi)燃機(jī)的連桿桿身斷面都是“工”字型的，而且其長(zhǎng)軸應(yīng)在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)。 計(jì)算選取， R=60mm，取 L=210mm；取 minH =33mm。 連桿大頭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 連桿 大頭 聯(lián)接連桿和曲軸，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，否則將影響薄壁軸瓦、連桿螺栓，甚至整機(jī)工作可靠性。為了便于維修，高速內(nèi)燃機(jī)的連桿必須能從氣缸中取出， 連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸的基本上決定于曲柄銷(xiāo)直徑 D長(zhǎng)度 B2，連桿軸瓦厚度 2? 和連桿螺釘?shù)闹睆?dm。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。為了結(jié)構(gòu)緊湊，軸瓦厚度 2? 趨于減薄，汽車(chē)拖拉機(jī)用軸瓦 2? =~3 毫 米。連桿螺釘尺寸則根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。因此，本處所謂大頭設(shè)計(jì)，實(shí)際上是確定連桿大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)某些主用尺寸，連桿大頭剖分型式、定位方式，及大頭蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 連桿大頭連接連桿和曲軸，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，否則將影響薄壁軸瓦，連桿螺釘，甚至整機(jī)工作可靠性。為了便于維修，內(nèi)燃機(jī)的連桿必須能從氣缸中取出，故要求大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)的總寬度必須小于氣缸直徑；大頭重量產(chǎn)生的離心力會(huì)使連桿軸承、主軸承負(fù)荷增大，磨損加劇，于是還為此不得不增大平衡重，給曲軸設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，因此在設(shè)計(jì)連桿大頭時(shí)，應(yīng)在保證強(qiáng)度、剛度條件下，尺 寸盡量小，重量盡量輕。 大頭尺寸設(shè)計(jì)： 1）曲柄銷(xiāo)直徑 2D 、長(zhǎng)度 2B 這兩個(gè)尺寸是根據(jù)曲軸強(qiáng)度、剛度和軸承的承壓力，在曲軸設(shè)計(jì)中確定的。也可根據(jù) ?DD , ?BD ,來(lái)初步確定。本次設(shè)計(jì) 2D =68mm， 2B =36mm。 2)連桿軸瓦厚度 2? 2? =～ 3mm，取 2? =2mm 3）螺栓距離 C， C取 88mm,螺栓孔外側(cè)壁厚不得小于 2 毫米。 4)大頭切口形式和定位方式 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 13 195 柴油機(jī)連桿所采用的斜切口，斜角為 45176。，端面則采用止口定位，其工藝簡(jiǎn)單，成本低。但不能防止大頭蓋止口向外變形，連桿體止口向內(nèi)變形，這種蓋與體都是單向定位，定位不可靠；止口易變形；止口因加工誤差或裝拆變形對(duì)大頭孔影響較大。 5）連桿大頭各處的形狀應(yīng) 采用圓滑過(guò)渡。 連桿材料選擇 為了保證連桿在機(jī)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳機(jī)構(gòu)鋼，只有在特別強(qiáng)化且產(chǎn)量不大的汽油機(jī)中用 40Cr 等合金鋼。合金鋼有較高的綜合機(jī)械性能，但當(dāng)存在產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素時(shí)，它的耐勞能力急劇下降，甚至低到與碳素鋼不相上下。所以合金鋼連桿的形狀設(shè)計(jì)、過(guò)度圓滑性、毛坯表面質(zhì)量下降等，必須給以更多的注意，才能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)材料的潛力。 40MnB,40MnVB 等硼鋼作為高負(fù)荷的大量生產(chǎn)連桿的材料，顯示了良好的使用性能。 40MnB 鋼化學(xué)成分（ %）： C（ ～ ）， Mn（ ～ ）， Cr， P和 S≤ ， B（ ～ ），經(jīng) 850℃油淬 500℃高溫回火后強(qiáng)度極限σ b1000( 2/mmN )，屈服強(qiáng)度σ a800（ 2/mmN ），沖擊韌性 70 2/mmmN? 。 連桿縱向端面內(nèi)宏觀金相組織要求金屬纖維 方向與連桿外形相符，纖維無(wú)環(huán)曲及中斷現(xiàn)象。連桿一般用剛鍛造，在機(jī)械加工前應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（淬火后高溫回火），以得到較好的綜合機(jī)械加工性能，既強(qiáng)又韌。為了連桿的疲勞強(qiáng)度，不經(jīng)機(jī)械加工的表面應(yīng)經(jīng)過(guò)噴丸處理。連桿必須經(jīng)過(guò)磁力探傷檢查，以求工作可靠。 我國(guó)已研究成功連桿輥段工藝，輥段工藝不僅不需要大型鍛造設(shè)備，而且還改善了工人的勞動(dòng)條件。為了節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材，降低產(chǎn)品成本，我國(guó)還成功地試用了一稀有鎂球墨鑄鐵制造高速汽油機(jī)連桿。試驗(yàn)證明，鑄造連桿的強(qiáng)度應(yīng)在 HB210250 之間，上限是為了保證有足夠的強(qiáng)度，下線(xiàn)是為了保證良 好的韌性。這樣硬度的珠光體鑄鐵具有 300350（ 2/mmN ）的抗彎曲疲勞強(qiáng)度，與中碳鋼差不多。在大批量生產(chǎn)鑄造連桿時(shí)為了保證制造質(zhì)量穩(wěn)定，要求對(duì)爐料、熱處理等工藝規(guī)程嚴(yán)加控制，并仔細(xì)的在內(nèi)在質(zhì)量檢查，例如超聲波或 X線(xiàn)無(wú)損探傷等。據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)韌的珠光體可鍛鑄鐵適于制造連桿。本次設(shè)計(jì)選用材料 40Cr。 4 連桿螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 14 連桿螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿組的功能是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞 上氣體的作用力傳遞給曲軸，以輸出功率。連桿組在工作時(shí)作平面運(yùn)動(dòng)，承受了大小和方向均按周期性變化的氣體作用力和慣性力的作用，并作往復(fù)和擺動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿大頭與曲軸連桿軸頸的聯(lián)接是靠連桿螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以連桿螺釘所承受的載荷是交變載荷。為了保證連桿大頭結(jié)合面在工作時(shí)不分離，連桿螺釘在裝配時(shí)應(yīng)有足夠的預(yù)緊力 （ P0） 。此力由兩個(gè)部分組成：一部分為使連桿軸瓦緊貼軸承瓦座所需的預(yù)緊力；另一部分為防止連桿體和連桿軸承瓦座結(jié)合面在工作載荷作用下脫開(kāi)所需的預(yù)緊力。這兩部分力對(duì)連桿螺釘都造成扭力。 根據(jù)螺釘受力情況設(shè) 計(jì)出螺釘?shù)膮?shù)： 螺紋規(guī)格 d=M12； 公稱(chēng)長(zhǎng)度為 L=59mm；性能等級(jí)為 8級(jí) 連桿螺釘?shù)膹?qiáng)度校核 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，連桿螺釘承受的最大拉伸載荷 jP 按公式計(jì)算。對(duì)斜切口連桿來(lái)說(shuō)，連桿螺釘所承受的拉伸載荷為 ： 21 2 3 ( ( 39。 ) ( 1 ) ( ) ) c o s 4 5jj rwP P G G G Gig? ? ?? ? ? ? ? ? ? 式中ψ —— 連桿體與連桿蓋結(jié)合面與垂直連桿縱軸的平面間的夾角 39。G —— 活塞組的重量 G1—— 連桿組往復(fù)部分的重量 G2—— 旋轉(zhuǎn)部分的重量 G3—— 連桿大頭蓋的重量 λ —— 曲柄連桿比 G= G1= G2= G3= λ = 則 21 2 3 ( ( 39。 ) ( 1 ) ( ) ) c o s 4 5jj rwP P G G G Gig? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?22 20 00 60 52 5 5 5 1 64 52430 81 .9jjg g g ggNPP?????? ?? ???? ? ? ? ? ? ? ?????? ??????? ???? 連桿螺釘?shù)念A(yù)緊力 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 15 00 . 0 0 1 0 . 1 6 (0 . 6 )mM MM RsM P d fdd??? ? ? ? ? ? ? ????? 0 [ ( ) ]mM MMRsdfddPM? ? ? ? ? ?? Md —— 連桿螺釘螺紋外徑（ 12mm） S—— 螺距（ 88mm） f —— 摩擦系數(shù) mR —— 螺釘支撐環(huán)面平均 半 徑 （ ） 其中： S/ Md = mR / Md = f = 則 200 .2 1 0MM P d ?? ? ? ? 0 33 13750 .2 0 .1 2P ??? 連桿螺釘?shù)念A(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 料屈服，最后仍會(huì)使連接松弛，因此必須校核屈服的可能性 00 0 []j sPPF ??????? 0F —— 連桿螺釘最小端面積 螺釘最小直徑 12 = 2 2 20 3 . 1 4 5 . 1 8 1 . 6 7r m mF ?? ? ? ? ? —— 基本動(dòng)載荷系數(shù) 選取為 所以 0 20 0 1 3 7 5 0 . 2 2 3 0 8 1 . 9 2 5 . 1 4 /8 1 . 6 7jPP N m mF ??? ??? ? ?? ? ? 0 []s??? 則屈服強(qiáng)度滿(mǎn)足要求 連桿螺釘所受的拉力在 min 0PP? 和 max 0 jP P P??? 之間變化。 則螺紋桿部名義應(yīng)力： 螺桿部的直徑 d=12mm 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 16 20m i n 21375 1 2 . 2 /3 . 1 4 6P N m mF? ? ? ?? 0 2m a x 21 3 7 5 0 . 2 2 3 0 8 1 . 9 1 8 . 2 /3 . 1 4 6jPP N m mF ??? ??? ??? ? ?? 2m a x m i n 1 8 . 2 1 2 . 2 3/22m N m m??? ? ?? ? ? 2m a x m i n 1 8 . 2 1 2 . 2 1 5 . 2 /22s N m m??? ? ?? ? ? 對(duì)螺紋根部名義應(yīng)力： 螺紋根部的直徑 d=12 = 20 2m i n 1375 1 6 . 8 4 /3 . 1 4 5 . 1P N m mF? ? ? ?? 0 2m a x 21 3 7 5 0 . 2 2 3 0 8 1 . 9 2 5 . 1 /3 . 1 4 5 . 1jPP N m mF ??? ??? ??? ? ?? 2m a x m i n 2 5 . 1 1 6 . 8 4 4 . 1 5 /22m