柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)及連桿螺栓強(qiáng)度校核計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文說明書(編輯修改稿)
2025-07-19 08:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和襯套。有的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭采用壓力潤(rùn)滑，在連桿桿身內(nèi)鉆有縱向的壓力油通道。 連桿小頭位于活塞銷內(nèi)腔，特點(diǎn)是：尺寸小、軸承比壓高、溫度較高；軸承表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低，擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，不利于形成油鍥或者承載油膜。連桿徑向尺寸和外表面是否加工有關(guān)，外表面不加工的連桿小頭，其，全部經(jīng)過機(jī)械加工的連桿小頭，在之間。 為了耐磨，在小頭孔內(nèi)還壓有耐磨襯套。設(shè)計(jì)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(rùn)滑方式。其中dB1已在活塞組設(shè)計(jì)中確定，一般柴油機(jī)B1≈d1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(duì)減輕了重量，一般e=（～）D。 綜上所述，得出本次設(shè)計(jì)的連桿小頭的尺寸為：D1=Φ50 mm, d=Φ40（0177。）mm。 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工字型斷面的平均相對(duì)高度H/D=～(柴油機(jī))，高度比H/B=～。工字行桿件的寬度B初步值可按以下經(jīng)驗(yàn)公式求出：，其中D、S分別為氣缸直徑和行程。 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(dòng)時(shí)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，桿身到小頭到大頭的過度必須用足夠大的圓角半徑。 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=～，～。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=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直徑D長(zhǎng)度B2，連桿軸瓦厚度和連桿螺釘?shù)闹睆絛m。其中DB2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，軸瓦厚度趨于減薄，汽車拖拉機(jī)用軸瓦=~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）曲柄銷直徑、長(zhǎng)度這兩個(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), ,來初步確定。本次設(shè)計(jì)=68mm， =36mm。2)連桿軸瓦厚度=～3mm，取=2mm3）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 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σb1000()，屈服強(qiáng)度σa800（），沖擊韌性70。 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(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線無損探傷等。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 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；公稱長(zhǎng)度為L(zhǎng)=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按公式計(jì)算。對(duì)斜切口連桿來說，連桿螺釘所承受的拉伸載荷為：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 ——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
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