【導(dǎo)讀】重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)600w便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)

　　

【正文】 圖 索多邊形法 （ 2） 往復(fù)直線運(yùn)動部分的 質(zhì)量 jm 活塞（包括活塞上的零件）是沿氣缸中心做往復(fù)直線運(yùn)動的。它們的質(zhì)量可以看作是集中在活塞銷中心上，并以 hm 表示。質(zhì)量 hm 與換算到連桿小頭中心的質(zhì)量 1m 之和，稱為往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量 jm ，即 1mmm hj ?? 。 （ 3）不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 rm 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量如圖 所示 ： 圖 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量 曲拐在繞軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄銷和一部分曲柄臂的質(zhì)量將產(chǎn)生不平衡離心慣性力，稱為曲拐的不平衡質(zhì)量。為了便于計(jì)算，所有這些質(zhì)量都按離心力相等的條件，換算到回轉(zhuǎn)半徑為 r 的連桿軸頸中心處，以 km 表示 ， 換 算質(zhì)量 km 為： remmm bgk 2?? 式中 ： km — 曲拐換算質(zhì)量， kg ； gm — 連桿軸頸的質(zhì)量， kg ； bm — 一個(gè)曲柄臂的質(zhì)量， kg ； 重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 28 e — 曲柄臂質(zhì)心位置與曲拐中心的距離， m 。 質(zhì)量 km 與換算到大頭中心的連桿質(zhì)量 2m 之和稱為不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 rm ，即 2mmm kr ?? 由上述換算 方法 計(jì) 算 得 ： 往復(fù)直線運(yùn)動部分的質(zhì)量 jm = ，不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 rm = 。 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的 最大 慣性力 把曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動件的質(zhì)量簡化為二質(zhì)量 jm 和 rm 后，這些質(zhì)量的慣性力可以從運(yùn)動條件求出，歸結(jié)為兩個(gè)力。往復(fù)質(zhì)量 jm 的往復(fù)慣性力 jP 和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量rm 的旋轉(zhuǎn)慣性力 rP 。 （ 1） 最大往復(fù)慣性力 ????????? 2c o sc o s)2c o sc o s( 2222 rmrmrrmamP jjjj ???????? 式中 ： jm — 往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量， kg ； ? — 連桿比； r — 曲柄半徑 ， m ； ? — 曲柄旋轉(zhuǎn)角速度， srad/ ； ? — 曲軸轉(zhuǎn)角。 jP 是沿氣缸中心線方向作用的， 公式 前的負(fù)號表示 jP 方向與活塞加速度 a 的方向相反 。 已知 額定轉(zhuǎn)數(shù) n =6000 min/r ，則 628306000 ??? ?? srad/ ； 曲柄半徑r =16mm ，連桿比 ? = ????????? 2c osc os)2c osc os( 2222m a x rmrmrrmamP jjjj ????????= 。 （ 2） 旋轉(zhuǎn)慣性力 2?rmP rr ?? 2 ?????? N 重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 29 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì) 算 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿小頭主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖 所示， 小頭襯套內(nèi)徑 1d 已在活塞組設(shè)計(jì)中確定， mm10d1 ? 。而寬度 1B 一般取 11 )~( dB ? ，則 mmB ??? 為了改善磨損，小頭孔中以一定過盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為 3mm~2?? ，取 2mm?? ， 則小頭孔直徑mm12d? ，小頭外徑 d)~(D 1 ? ，取 1 ??? 。 并利用下面的公式校核比壓 q : 1111 BdFPBdpq PZX ?? 式中 zp 為最大燃?xì)鈮毫?pF 為活塞面積 計(jì)算可得 M p aDq )2( 22 ?? ??????? ? q 的許用值可取為 20~40MPa。 所求的 q 值在許用值以內(nèi)，所以是符合的。 二行程發(fā)動機(jī)上由于沒有單獨(dú)的吸氣行程，所以活塞銷上所受的力作用方向常?？偸窍蛳碌?，也就是說總是把活塞銷壓向小頭的下表面 ，因 此，保證 活塞 銷有可靠的潤滑將是比較困難的。二行程發(fā)動機(jī)連桿小頭經(jīng)常采用滾 針軸承。當(dāng)采用滾 針軸承時(shí)，許用比壓值可達(dá) 60MPa。 連桿桿身一般采用工字形截面。因?yàn)楣ぷ中谓孛鎸Σ牧侠玫米顬楹侠?，所以得到廣泛地應(yīng)用。從鍛造工藝方面看，工字形截面 兩臂過薄和圓角半徑過小都是不利的。因?yàn)檫@種連桿鍛造時(shí)變形比較大，有可能產(chǎn)生鍛造裂紋的危害，特別是 工 字形截面兩臂邊緣上 更 容易出現(xiàn)裂 紋。此外，鍛造這種連桿時(shí)模具磨損也比較嚴(yán)重。連桿桿身截面的高 h一般大約是截面寬的 倍 。為了桿身能與小頭和大頭圓滑過渡，桿身截面是由上向下 逐漸加大的，而桿身的最小截面與活塞面積之比大約在 1／ 25~1／ 20的范圍內(nèi)。 則最小截面 mmDs )2(201 2 ???? ? 連桿大頭 一般也作成圓環(huán)形，大頭孔內(nèi)裝滾針軸承 。連桿桿身到大小頭過渡重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 30 處的形狀及尺寸對大小頭的強(qiáng)度、剛度影響很大 。設(shè)計(jì)中應(yīng)該合理選擇桿身的寬度和由桿身到大小頭外壁的過渡圓角的半徑。由桿身到大小頭過渡處圓角半徑小，應(yīng)力值就較大 ]11[ 。 連桿各加工表面的粗糧度應(yīng)不大于：小頭孔 Ra ，小頭襯套孔 Ra ，大頭孔 Ra ，大頭兩側(cè)面 Ra 。連桿各主要加工部位的公差等級應(yīng)不低于 ：小頭孔 IT7，小 頭襯套孔 IT6，大頭孔 IT6。連桿各主要加工部位的形狀與位置公差等級應(yīng)不低 于 ：；小頭孔的圓度、圓柱度 7級、小頭襯套的圓度、圓柱度 6 級，大頭 孔的圓 度、圓柱度 5級，小頭孔及小頭襯套孔軸心線對大頭孔軸心線的平行度在連桿擺動平 面 內(nèi) 7 線，在垂直連桿擺動平面內(nèi) 6級，大頭兩側(cè)面對大頭孔軸線的垂直度 8 級。 連桿小頭強(qiáng)度的校核 以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時(shí)溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性 力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。上述載荷的聯(lián)合作用可能使連桿小頭及其桿身過渡處產(chǎn)生疲勞破壞，故必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 圖 連桿小頭主要結(jié)果尺寸 （ 1）襯套過盈預(yù)緊力及溫度升高引起的應(yīng)力 計(jì)算時(shí)把連桿小頭和襯套當(dāng)作兩個(gè)過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為 ： 重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 31 M P adDdDEdDdDEdd t][1][1)(p21212121221221 ??????????????????? 式中 ： ? — 襯套壓入時(shí)的過盈， mm ； 一般青銅襯套 ~ 1 ?? ，取 . 0 0 0 8 ???? ， 其中 ： t? — 工作后小頭溫升 ,約 C 150~100 ? ； ? — 連桿材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼 )/1( 5 C??? ?? ； ?? — 襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅 )/1( 5 C???? ?? ； ? 、 ?? — 連桿材料與襯套材料的 泊 桑系數(shù)，可取 ????? ； E — 連桿材料的彈性模數(shù)，鋼 5?? ； E? — 襯套材料的彈性模數(shù)，青銅 MPa539。 ?? ； 計(jì)算 小頭承受的徑向壓力為： ] 1012[ 1] [ 112p22225222255????????????????）（ 由徑向均布力 p 引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應(yīng)力，可按厚壁筒公式計(jì)算， 外表面應(yīng)力 2dp 2222212 ??????? da?2/mmN 內(nèi)表面應(yīng)力 dDp 2222221221 ???????? di?2/mmN i??和a 的允許值一般為 150~100 2/mmN ，校核合格。 （ 2）連桿小頭的疲勞安全系數(shù) 連桿小頭的應(yīng)力變化為非對稱循環(huán)，最小安全系數(shù)在桿身到連桿小頭的過渡處的外表面上為 ： 重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 32 ma ????????? 1n 式中 ： 1? — 材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限， 21 ~ ??? 2N/mm （合金鋼），取 21 ??? 2/mmN ； ?? — 材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取 ?? =； a? — 應(yīng)力幅， 2 ???a? 2/mmN； m? — 平均應(yīng)力， ???m?2/mmN ； ?? — 工藝系數(shù)， ~??? ，取 ； 則 1 0 2 ????? 連桿小頭的疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù) 不小于 。 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 和強(qiáng)度校核 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度 B約 等于 D)~( (D 為氣缸直徑 )，取 mmmmDB ??? ， 截面高度 BH )~(? ， 取 mmmmBH ??? 。 為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。 連桿桿身的強(qiáng)度校核 連桿桿身在不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計(jì)算斷面以上做往復(fù)運(yùn)動 的質(zhì)量的慣性力的拉伸，在爆發(fā)行程，則受燃?xì)鈮毫蛻T性力差值的壓縮，為了計(jì)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，必須現(xiàn)求出計(jì)算斷面的最大拉伸、壓縮應(yīng)力。 （ 1）最大拉伸應(yīng)力 由最 大拉伸力引起的拉伸應(yīng)力為： 重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 33 mj fP max1 ?? 式中 ： mf — 連桿桿身的斷面面積，汽油機(jī) Af m )0 3 ~(? ， A 為活塞投影面積，取 mmDfm 2 ??? ? 。 則 最大拉伸應(yīng)力為： 7 5 31 ??? MPa （ 2）桿身的壓縮與縱向彎曲應(yīng)力 桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃?xì)庾饔昧?maxgp 時(shí)，并可認(rèn)為是在上止點(diǎn)，最大壓縮力為： NppDP g )(4 39。2m a x ??? ? 式中 ： maxgP — 活塞上的 最大 氣體作用力 ， N ； p — 缸內(nèi)絕對壓力 ， MPa ； p? — 大氣壓力 ， MPa ； D — 活塞直徑 ， mm ， p? 取 jgc PpP ?? max )( ???? 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)連桿在擺動平面內(nèi)的彎曲，可認(rèn)為連桿兩端為鉸支，長度為 mml 64? ， 因此在擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為 ： mcmxx fPfIlc )1( 2??? 式中 ： c — 系數(shù)，對于常用鋼材， ~?c ，取 ?c ； xI — 計(jì)算斷面對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩， 4mm 。 ])2 ()([121])([121 3333 ????????? htBBHI x 重慶理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 600w 便攜式發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 34 ? 4mm ； 則 mcx fPk1?? 式中 1k — 連桿系數(shù)， 221 ??????? mx fIlck； 則擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為： ???x? MPa 同理，在垂直于 擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為 ： 而 mcmyy fPfIlc )41( 2??? ] )2 [(121])[(121 3333 ?????????? htBhHI y ? 4mm 則mcy fPk2?? 式中 ： 2k — 連桿系數(shù)， 044 222 ???????? my fIlck。 則 在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為 ： ???y? MPa x? 和 y? 的許用值為 400~250 MPa ，所以校核合格。 （ 3）連桿桿身的安全系數(shù) 連桿桿身所受的是非對稱的交變循環(huán)載荷，把 x? 或 y? 看作循環(huán)中的最大應(yīng)力，看作是循環(huán)中的最小應(yīng)力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。 循環(huán)的應(yīng)力幅 a? 和平均應(yīng)力 m