【文章內(nèi)容簡介】 bar = 課 程 設(shè) 計 說 明 書 9 PV 示功圖 3 連桿設(shè)計 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 運輸式發(fā)動機(jī)廣泛采用浮式活塞銷結(jié)構(gòu)，它不僅傳遞由活塞傳來的力，還相對于 活塞銷往復(fù)擺動，因此，設(shè)計連桿小頭時應(yīng)同時考慮強(qiáng)度、剛度和滑動面的摩擦、磨損問題?，F(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)上連桿小頭一般采用薄壁圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)簡單輕巧。制造方便、工作時應(yīng)力分布均勻。材料利用率高。為了耐磨，在小頭孔內(nèi)還壓有耐磨襯套。設(shè)計連桿小頭的任務(wù)是確定其結(jié)構(gòu)尺寸（小頭軸承孔直徑 d1 和寬度 B外形尺寸 D襯套外徑 d）和潤滑方式。其中 d B1 已在活塞組設(shè)計中確定，一般柴油機(jī) B1≈ d1。據(jù)統(tǒng)計，小頭的外徑一般比孔徑大 20%35%，即 D1=（ ～ ） d，小頭的最小徑向厚度大于 4毫米。該尺寸可按強(qiáng)度 、剛度條件確定。有的連桿小頭，外徑中心向上下各偏差 e，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并相對減輕了重量，一般 e=（ ～ ） D。綜上所述，得出本 課 程 設(shè) 計 說 明 書 10 次設(shè)計的連桿小頭的尺寸為： D1=Φ 48 mm, d=Φ 39（ 0177。 ） mm。 其小頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，見圖 31. 圖 31 連桿小頭剖面圖 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 桿身也承受交變載荷，可能產(chǎn)生疲勞破壞和變形，連桿高速擺動時的橫向慣性力也會使連桿彎曲變形，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。對工作可靠的發(fā)動機(jī)的統(tǒng)計表明，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，而且其長軸應(yīng)在連桿擺動平面內(nèi)?！肮ぁ弊中蛿嗝娴钠骄鄬Ω叨?H/D=～ (柴油機(jī) )，高度比 H/B=～ 。 本次設(shè)計， R=，取 L=230mm；取 Hmin=30mm。 連桿大頭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸的基本上決定于曲柄銷直徑 D長度 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)計中確定。為了結(jié)構(gòu)緊湊，軸瓦厚度 2? 趨于減薄，汽車拖拉機(jī)用軸瓦 2? =~3 毫 課 程 設(shè) 計 說 明 書 11 米。連桿螺釘尺寸則根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計。因此，本處所謂大頭設(shè)計，實際上是確定連桿大 頭在擺動平面內(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。 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)計帶來困難，因此在設(shè)計連桿大頭時，應(yīng)在保證強(qiáng)度、剛度條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。 連桿大頭尺寸設(shè)計： 1）曲柄銷直徑 2D 、長度 2B 這兩個尺寸是根據(jù)曲軸強(qiáng)度、剛度和軸承的承壓力，在曲軸設(shè)計中確定的。也可根據(jù) ?DD , ?BD ,來初步確定。本次設(shè)計 2D =65mm， 2B =38mm。 1） 連桿軸瓦厚度 2? 2? =～ 3mm，取 2? = 2） 大頭切口形式和定位方式 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大頭孔影響較大。 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，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、過度圓滑性、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 課 程 設(shè) 計 說 明 書 12 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)過噴丸處理。連桿必須經(jīng)過磁力探傷檢查，以求工作可靠。 我國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條件。為了節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材，降低產(chǎn)品成本，我國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)鑄造連桿時為了保證制造質(zhì)量穩(wěn)定，要求對爐料、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 線無損探傷等。據(jù)國外經(jīng)驗，強(qiáng)韌的珠光體可鍛鑄鐵適于制造連桿。 綜合考慮成本和強(qiáng)度 ,本次設(shè)計選用材料 HT200。 4 連桿螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度校核 連桿螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 發(fā)動機(jī)連桿組的功能是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上氣體的作用力傳遞給曲軸，以輸出功率。連桿組在工作時作平面運動，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)和擺動的復(fù)合運動。發(fā)動機(jī)的連桿大頭與曲軸連桿軸頸的聯(lián)接是靠連桿螺釘來實現(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)合面在工作時不分離，連桿螺釘在裝配時應(yīng)有足夠的預(yù)緊力。此力由兩個部分組成：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所需的預(yù)緊力。這兩部分力對連桿螺釘都造成扭力。 根據(jù)螺釘受力情況設(shè)計出螺釘?shù)膮?shù)： 螺紋規(guī)格 d=M10；公稱長度為 L=35mm；性能等級為 級 連桿螺釘?shù)膹?qiáng)度校核 四沖程發(fā)動機(jī)工作時，連桿螺釘承受的最大拉伸載荷 Pj 按公式計算。對斜切口連桿來 課 程 設(shè) 計 說 明 書 13 說，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