【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 先保證連桿具有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。如果強(qiáng)度不足，就會(huì)發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋和桿身的斷裂，造成嚴(yán)重事故。167。 連桿的材料375的連桿材料為40Cr中碳鋼。在機(jī)械加工前經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，可以得到較好的機(jī)械性能。碳鋼的優(yōu)點(diǎn)是成本低，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，所以模鍛后配合表面就不需再經(jīng)過(guò)加工。但鍛造毛刺要磨光，磨削方向應(yīng)沿連桿桿身的縱向，因?yàn)闄M向磨痕可能引起連桿桿身斷裂的危險(xiǎn)，一般采用噴丸處理來(lái)消除連桿內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力和提高連桿強(qiáng)度[4，8，9]。167。 連桿長(zhǎng)度的確定 連桿長(zhǎng)度是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重選擇的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，它一般用連桿比來(lái)表示，即。連桿長(zhǎng)度越短，即越大，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，減輕活塞件重量和整機(jī)重量，能很好的適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速。但的增大使二級(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、氣缸套相碰的可能性。 所以為使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，最合適的連桿長(zhǎng)度應(yīng)該是，在保證連桿及相關(guān)機(jī)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)不與其他機(jī)件相碰的情況下，選取最小的連桿長(zhǎng)度。對(duì)于缸徑S≤120mm的高速柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，～，又考慮到柴油機(jī)其他零件的設(shè)計(jì)，所以取連桿長(zhǎng)度為156mm，在此范圍內(nèi)，是可取的。 圖2—1 連桿小頭的尺寸 167。 連桿小頭的設(shè)計(jì) 一、小頭結(jié)構(gòu)形式小頭采用薄壁圓環(huán)型結(jié)構(gòu)，它的形狀簡(jiǎn)單，制造方便，材料能充分利用，受力時(shí)應(yīng)力分布較均勻。小頭到桿身的過(guò)渡采用單圓弧過(guò)渡。其結(jié)構(gòu)如圖21所示。二、小頭尺寸小頭的主要尺寸為小頭內(nèi)徑d1，小頭外徑d2 ,小頭寬度b1,襯套內(nèi)徑的d。由于襯套內(nèi)徑d要和活塞銷(xiāo)相配合，所以其公稱(chēng)直徑是27mm。 襯套的厚度一般是=（～）d。選==，所以小頭的內(nèi)徑d1為32mm。 小頭外徑d2的選取范圍一般是d2=（～）d1 ，取d2==42mm。 小頭寬度b1取決于活塞銷(xiāo)間隔B和銷(xiāo)座與連桿小頭的端面間隙。在確定小頭的寬度時(shí)候，應(yīng)使小頭與活塞銷(xiāo)座之間每側(cè)都留約1～2mm的間隙，用來(lái)彌補(bǔ)機(jī)體、曲軸、活塞和連桿等零件在軸向尺寸上可能出現(xiàn)的制造誤差和由于熱膨脹所引起的軸向相對(duì)位置的變化。應(yīng)該盡量使小頭具有足夠的承壓面積，以便使小頭孔與活塞銷(xiāo)之間相互壓緊的單位面積壓力不超過(guò)許用值。一般小頭寬度b1的范圍是b1=（～）d， 取b1==30mm，這樣小頭寬度和銷(xiāo)座之間每側(cè)的間隙為2mm。三、連桿襯套 為了減小活塞銷(xiāo)對(duì)連桿小頭的磨損，應(yīng)在小頭內(nèi)裝入襯套。襯套的材料 襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，本設(shè)計(jì)采用鉛青銅，其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度較高，耐磨性好，使用于熱負(fù)荷比較大的柴油機(jī)。襯套與小頭孔的配合 襯套與連桿小頭孔為過(guò)盈配合，常用的配合為jd、je、jbjc3等。過(guò)盈太大會(huì)使材料屈服而松動(dòng)，太小會(huì)造成壓配松動(dòng)，使襯套與小頭孔可能會(huì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。小頭孔的直徑設(shè)計(jì)為mm，～，則襯套外徑尺寸為mm。 襯套與活塞銷(xiāo)的配合間隙應(yīng)盡量小，以不發(fā)生咬合為原則。青銅襯套與活塞銷(xiāo)的配合間隙△大致在（～）d的范圍內(nèi)，～，由于此設(shè)計(jì)選用全浮式活塞銷(xiāo)，故可使銷(xiāo)和襯套的間隙梢大，～，即襯套的內(nèi)徑為mm。襯套的潤(rùn)滑 在小頭上方開(kāi)機(jī)油孔，靠機(jī)體上的噴油嘴噴出的油冷卻活塞的同時(shí)，一部分油通過(guò)孔流入襯套，達(dá)到冷卻的效果。在小頭和襯套上都開(kāi)有集油孔和集油槽，用來(lái)收集和積存飛濺的潤(rùn)滑油[12]167。 連桿桿身的設(shè)計(jì) 連桿桿身在膨脹行程中承受作用在活塞上的氣體壓力的壓縮作用，在吸氣行程中承受往復(fù)慣性力的拉伸作用，當(dāng)連桿受壓時(shí)，有可能發(fā)生不穩(wěn)定彎曲，此外當(dāng)連桿作高速擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)還要承受本身的橫向慣性力的彎曲作用。實(shí)驗(yàn)證明，彎曲應(yīng)力實(shí)際上不大?？珊雎?。 連桿桿身采用工字型截面，工字型截面的長(zhǎng)軸位于連桿的擺動(dòng)平面內(nèi)。因?yàn)楣ぷ中徒孛鎸?duì)材料利用的最為合理，所以應(yīng)用的也很廣。 從鍛造工藝方面看，工字型截面兩臂過(guò)薄和圓角半徑過(guò)小都是不利的。因?yàn)檫@種連桿鍛造時(shí)變形比較大，就有可能產(chǎn)生鍛造裂紋的危險(xiǎn)，特別時(shí)在工字型截面兩臂邊緣上更易出現(xiàn)裂紋。此外，鍛造這種連桿時(shí)模具磨損也較大。具有邊緣厚并倒圓的工字型截面是比較有利的。 工字型截面的長(zhǎng)軸yy處于連桿的擺動(dòng)平面內(nèi)，使桿身截面對(duì)垂直與連桿擺動(dòng)平面的x軸的慣性矩Jx大與對(duì)位于擺動(dòng)平面的y軸的慣性矩Jy，一般Jx=(2～3)Jy，這樣符合桿身實(shí)際受力情況，并有利于桿身向大、小頭過(guò)渡。 連桿桿身的最大應(yīng)力一般發(fā)生在桿身與大、小頭圓角過(guò)渡處，最大壓應(yīng)力發(fā)生在桿身中部。 考慮上面所述，綜合考慮，確定出下列尺寸： 連桿桿身橫截面的形狀如圖22所示。 其中截面寬B=20mm t=5mm 截面的高H=（～）B ，取H==28mm 圖2—2 連桿桿身橫截面形狀167。 連桿大頭的設(shè)計(jì)連桿大頭聯(lián)結(jié)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和連桿螺栓，甚至整機(jī)工作可靠性。為了便于維修，對(duì)于像本設(shè)計(jì)的高速柴油機(jī)，連桿必須能從氣缸中取出，故要求大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)的總寬必須小于氣缸直徑，大頭的外型尺寸又決定了凸輪軸位置和曲軸箱形狀，大頭的重量產(chǎn)生的離心力會(huì)使連桿軸徑、主軸承負(fù)荷增大，摩擦加劇，有時(shí)還為此還不得不增大平衡重，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、剛度的條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。合理確定大頭的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，就是大頭設(shè)計(jì)的任務(wù)。大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定與曲柄銷(xiāo)直徑、長(zhǎng)度和連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。所謂的大頭設(shè)計(jì)，實(shí)際上是確定連桿大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)某些主要尺寸，連桿大頭的剖分形式和定位方式以及大頭蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)大頭構(gòu)形的時(shí)候針對(duì)一些薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：連桿蓋上要設(shè)置合適的加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋到螺栓孔支承面處要圓滑過(guò)渡。螺栓頭支承面和螺母支承面要圓弧過(guò)度，避免加工尖角，可采用鍛造圓角或圓弧沉割來(lái)減少應(yīng)力集中，但必須盡量提高圓弧沉割處的光潔度。斜切口連桿長(zhǎng)叉口一側(cè)變形較大，除了采用大圓弧過(guò)渡外，還可以用單筋和桿身連接，以提高大頭剛度。一、連桿大頭的剖分形式采用斜切口的剖分方式，切口角為45度。這樣的剖分形式的優(yōu)點(diǎn)是滿足連桿組能從氣缸裝拆的條件下，可增大曲柄銷(xiāo)直徑，有利于提高曲軸的剛度和連桿軸承的工作能力。，也就是說(shuō)它在解決曲柄銷(xiāo)直徑和從氣缸中抽出連桿之間的矛盾。二、連桿大頭的定位方式斜切口連桿當(dāng)承受慣性力拉伸時(shí)，沿連桿體與連桿蓋的結(jié)合面方向作用著很大的橫向力，使連桿螺栓承受剪切力。為此必須采用能承受較大剪切力的定位方式，才能保證工作可靠。本設(shè)計(jì)采用的是舌槽定位。連桿體和蓋上均有一舌和一槽，他們是有同一把拉刀（帶一舌一槽）加工成的，所以體與蓋上舌槽間的距離精度較高，定位可靠，尺寸緊湊。當(dāng)然它有不好的地方，就是其拆裝不便，且只有在采用拉刀加工時(shí)才能保證較高的定位精度，還有舌槽要注意減少應(yīng)力集中。這樣的定位方式常用在車(chē)用柴油機(jī)的斜切口的連桿上。其優(yōu)點(diǎn)是提高了結(jié)合處的剛度，縮小了連桿螺栓之間的距離，減小了螺栓尺寸。三、連桿大頭的主要尺寸大頭孔直徑根據(jù)曲軸曲柄銷(xiāo)的設(shè)計(jì)尺寸為48mm，再考慮到軸瓦的尺寸，取D1=53mm連桿螺栓孔中心線中心線應(yīng)盡量靠近軸瓦，連桿螺栓孔中心距一般為=（～），取=，即=71mm，螺紋外側(cè)邊后不小于2～4 mm。圖23 連桿大頭的主要尺寸167。 活塞組的設(shè)計(jì)活塞組主要用來(lái)與氣缸、氣缸蓋相配合形成一個(gè)容積變化的密閉空間，在這里完成內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程；同時(shí)活塞組也承受燃?xì)鈮毫?，并把它傳給連桿、曲軸，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)，從而對(duì)外輸出扭矩，、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)等機(jī)件組成。167。 活塞活塞的主要作用是承受氣缸中的氣體壓力，并將此力通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿，以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)?；钊敳窟€有氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。由于活塞頂部直接與高溫燃?xì)庵芷谛越佑|，燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá)2500K以上，因此活塞的溫度也很高，例如活塞頂部的溫度可高達(dá)600～700K[7]。高溫一方面使活塞的機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，另一方面使活塞材料的熱膨脹量增大，容易破壞活塞與其相關(guān)零件的配合?；钊敳吭谧龉π谐虝r(shí)，承受著燃?xì)獾膸_擊性的高壓力。對(duì)于汽油機(jī)活塞，瞬時(shí)的壓力最大值可達(dá)3～6MPa。對(duì)于柴油機(jī)活塞，其最大值可達(dá)6～9MPa，采用增壓時(shí)最大值可達(dá)13～15MPa。高壓導(dǎo)致活塞的側(cè)壓力大，加速活塞外表面的磨損，也容易引起活塞的變形[7]?；钊跉飧字凶髯兯龠\(yùn)動(dòng)。這樣的高速可產(chǎn)生很大的慣性力，它將使曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各零件和軸承承受附加