【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 受的徑向壓力P式中： —小頭外徑 —小頭內(nèi)徑 —襯套內(nèi)徑 —泊桑系數(shù) —連桿材料的抗拉彈性模數(shù) 對(duì)于鋼 —青銅襯套的抗拉彈性模數(shù) 對(duì)于青銅 —襯套裝配過盈量③由P產(chǎn)生的小頭應(yīng)力外表面的應(yīng)力：內(nèi)表面的應(yīng)力：許用值和在，故設(shè)計(jì)安全。（2）由慣性力引起的小頭應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)化如圖23所示： 圖23 連桿小頭受拉時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)圖①活塞最大往復(fù)慣性力連桿小頭在進(jìn)氣和排氣沖程中承受活塞組往復(fù)慣性力的拉伸，在上止點(diǎn)附近有最大慣性力 式中，—活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，已知質(zhì)量為帶入數(shù)據(jù)，求得②各截面的彎矩和法向力進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)，將小頭簡(jiǎn)化為一剛性地固定于它于桿身銜接處的等截面曲梁，其固定角為： 當(dāng)時(shí)，彎矩和法向力可按下列公式求得： 式中，—連桿小頭平均直徑，彎矩為： 法向力 則在固定表面上的應(yīng)力為：外表面： 式中，—小頭壁厚， K—襯套過盈配合影響的系數(shù)，內(nèi)表面： 運(yùn)用上述公式計(jì)算連桿小頭在慣性拉伸符合作用下內(nèi)外表面的應(yīng)力分布如圖24所示，內(nèi)表面最大應(yīng)力發(fā)生在處，外表面最大應(yīng)力發(fā)生在的固定截面處。 圖24 連桿小頭受拉后內(nèi)外表面應(yīng)力分布 圖25 連桿小頭受壓時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)圖③由活塞的慣性力在連桿小頭中引起的拉應(yīng)力當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，小頭受到最大的慣性力的作用，小頭受到的最大拉應(yīng)力 ，故安全。（3）由最大壓縮力引起的應(yīng)力 =+ 式中 —最大燃?xì)鈮毫? 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖25 所示。 連桿小頭軸承的比壓校核 查《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》，對(duì)于柴油機(jī)，故滿足要求。 連桿小頭的疲勞安全系數(shù)連桿小頭應(yīng)力按不對(duì)稱循環(huán)變化，在小頭和桿身過渡處的外表面上安全系數(shù)最小。 式中：—材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表54查得，取 —應(yīng)力幅， —平均應(yīng)力， —角系數(shù)， —考慮表面加工情況的工藝系數(shù)，—材料在對(duì)稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限，—材料在脈沖循環(huán)下的彎曲疲勞極限，對(duì)于鋼，取帶入數(shù)據(jù)可得，則：小頭的安全系數(shù)一般不小于，滿足條件，故安全。 連桿小頭橫向直徑減少量 采用浮式活塞銷時(shí)，必須計(jì)算連桿小頭在水平方向由于往復(fù)慣性力引起的直徑變形 式中：—小頭平均直徑， —連桿小頭界面慣性矩，單位 小頭壁 為保證活塞銷與連桿襯套不至于咬死，變形量應(yīng)小于活塞銷與襯套間隙的一半，即，滿足條件。 綜上所述，小頭設(shè)計(jì)安全。 連桿桿身的強(qiáng)度計(jì)算（1）最大拉伸力 連桿桿身在不對(duì)稱的交變載荷下工作，它受到位于計(jì)算截面（）以上往復(fù)慣性質(zhì)量力的拉伸及氣體壓力的壓縮（如圖26)，則最大工況的拉伸力： 式中，為截面（）以上小頭質(zhì)量，為，帶入可求得： 圖26 連桿桿身圖（2）最大壓縮力最大壓縮力 連桿中間截面的應(yīng)力和安全系數(shù)（1）由引起的拉伸應(yīng)力 式中：—連桿桿身斷面面積，單位，對(duì)于柴油機(jī)，=（~） ，為活塞投影面積取=。（2）由壓縮和縱彎曲引起的合成應(yīng)力 連桿承受最大壓縮力時(shí)，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。此時(shí)連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)的彎曲，可以認(rèn)為連桿兩段為鉸支，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)的彎曲則可以認(rèn)為桿身兩端為固定支點(diǎn)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)1在擺動(dòng)平面內(nèi)：在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)：式中，—系數(shù)，對(duì)于鋼，取 —桿身中間截面對(duì)其垂直于擺動(dòng)平面的軸線的慣性矩， —桿身中間截面對(duì)其位于擺動(dòng)平面的的軸線的慣性矩， —連桿長(zhǎng)度減去連桿大小頭空半徑之和， 許用值為，滿足要求。（3）應(yīng)力幅和平均應(yīng)力在擺動(dòng)平面內(nèi)：在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)：（4）安全系數(shù)連桿身安全系數(shù)為 ，則，在擺動(dòng)平面內(nèi)， 在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)， 連桿安全系數(shù)的范圍為，均滿足，故設(shè)計(jì)安全。 綜上所述，桿身設(shè)計(jì)安全。 強(qiáng)度計(jì)算假設(shè) 目前還沒有比較合理的驗(yàn)算連桿大頭強(qiáng)度的公式，對(duì)連桿大頭的計(jì)算作如下假設(shè)： （1）連桿大頭與大頭蓋作為一個(gè)整體； （2）作用力所引起的單位長(zhǎng)度載荷是按余弦規(guī)律沿大頭蓋分布的； （3）軸瓦和大頭蓋變形是相同的； （4）大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面的一致；大頭的曲率 半徑假定等于螺栓中心距的一半。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖27所示。 圖27 連桿大頭計(jì)算簡(jiǎn)圖 連桿大頭蓋受力（1）大頭蓋受慣性力拉伸負(fù)荷 連桿大頭蓋在進(jìn)氣沖程開始即當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)承受往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和連桿大頭的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力。式中：—活塞組的質(zhì)量， —連桿往復(fù)部分質(zhì)量 為曲拐幾集中在曲柄銷中心的當(dāng)量質(zhì)量；且=，是曲拐各單元的質(zhì)量；是各單元的旋轉(zhuǎn)半徑。做平面運(yùn)動(dòng)的連桿組，根據(jù)動(dòng)力學(xué)等效性的質(zhì)量，質(zhì)心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量守恒三原則進(jìn)行質(zhì)量換算。實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明，與，相比很小，為簡(jiǎn)化受力分析，常用集中在連桿小頭和大頭的2個(gè)質(zhì)量，近似代替連桿，從動(dòng)力學(xué)等效的頭兩個(gè)條件（即忽略轉(zhuǎn)動(dòng)慣量守恒）可得=，= 式中，是連桿組質(zhì)量；是連桿組質(zhì)心到小頭孔中心的距離。 —連桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量， —連桿大頭蓋質(zhì)量， （2）連桿蓋中心截面上的應(yīng)力 式中 —螺栓中心線距離，=—大頭中央截面的慣性矩,=—軸承中央截面的慣性矩，=—大頭中央截面面積，—軸承中央截面面積，Z —計(jì)算斷面的抗彎斷面模數(shù)，由《材料力學(xué)》附錄Ⅱ表4，查得Z=。 通常將螺栓凸臺(tái)起始處作固定截面，并取時(shí)，公式可簡(jiǎn)化為： ，所以設(shè)計(jì)安全。 連桿大頭橫向直徑減少值 ，所以滿足強(qiáng)度要求。 綜上所述，大頭設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。 連桿螺栓的受力（1）每只螺栓所受的慣性力 連桿為平切口，式中 —螺栓數(shù)，（2）螺栓應(yīng)加的預(yù)緊力 據(jù)奧爾林所著《內(nèi)燃機(jī)》第二卷推薦： ，?。?）每只螺栓所受的拉力 式中: —基本負(fù)荷系數(shù)，（4）螺栓桿身的最大拉應(yīng)力（5）螺栓桿身的最小拉應(yīng)力 螺紋所受拉應(yīng)力（1）最大拉應(yīng)力 式中：—螺紋內(nèi)徑，（2）最小拉應(yīng)力 螺栓安全系數(shù)（1）動(dòng)載安全系數(shù) =式中：—拉伸強(qiáng)度極限； 對(duì)40取 —靜載疲勞極限； —對(duì)稱循環(huán)拉伸強(qiáng)度極限， 取 —應(yīng)力集中系數(shù)； 螺栓桿身取， 螺紋取 —工藝系數(shù)， —尺寸系數(shù) —表面質(zhì)量系數(shù) —角系數(shù)； ①螺栓桿身安全系數(shù) 式中： ②螺栓安全系數(shù) 式中： （2）靜載安全系數(shù)①螺栓桿身安全系數(shù) ==②螺栓安全系數(shù) == 推薦螺栓各部安全系數(shù)＞2為宜，現(xiàn)計(jì)算所得均大于2，故設(shè)計(jì)安全。綜上所述，螺栓設(shè)計(jì)安全。 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是參照《柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》，完成了連桿各參數(shù)的設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)校核，為后面的建模和有限元分析奠定了基礎(chǔ)，是本設(shè)計(jì)中十分重要的一環(huán)。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 連桿三維模型的建立 3 連桿三維模型的建立 連桿的建模思路 連桿由連桿體和連桿蓋組成，所以可以對(duì)連桿體和連桿蓋分別建模，完成后進(jìn)行裝配。連桿具有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面，建模過程中可以利用兩個(gè)對(duì)稱面，對(duì)局部特征進(jìn)行鏡像和復(fù)制操作，從而快速完成特征創(chuàng)建。 連桿的建模過程 連桿體的建立桿身的建立（1）在桌面雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入CATIA軟件，選擇“開始”→“機(jī)械設(shè)計(jì)”→“零件設(shè)計(jì)”命令，在彈出的菜單中輸入零部件名稱“l(fā)ianganti”，單擊按鈕，進(jìn)入零部件設(shè)計(jì)模塊。如圖31所示。 圖31 新建零件（2）選取平面為草圖參考面，然后單擊工具欄中的“草圖”圖標(biāo)，進(jìn)入草圖繪制模式。（3）利用“直線”、“點(diǎn)”、“快速剪裁”等命令按鈕繪制草圖，然后單擊工具欄上的“尺寸標(biāo)注”，完成尺寸標(biāo)注（如圖32所示），單擊“在對(duì)話框中定義的約束”圖標(biāo)，完成約束定義，然后單擊“退出工作臺(tái)”圖標(biāo)，退出工作臺(tái)。 圖32 桿身草圖（4） 單擊工具欄中“凸臺(tái)”圖標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)彈出如圖33所示的“凸臺(tái)定義”對(duì)話框，在“類型”下拉列表框中選擇“尺寸”，在“長(zhǎng)度”文本框中輸