【正文】 疲勞強(qiáng)度計算 ，如圖 所示。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則 隨工作時溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。 之后 分別確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭 、以及螺栓 的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ，還對 各 個 部件的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了分析。 連桿螺栓的設(shè)計 根據(jù)氣缸直徑 D 初選連桿螺紋直徑 Md ，根據(jù)統(tǒng)計 DdM )~(? ，取mmDd M ?? 。由于平切口連桿的大頭具有較大的剛度，軸承孔受力變形小及制造費用低，一般都采用這種結(jié)構(gòu)。為了結(jié)構(gòu)緊湊，軸瓦厚度 δ 2趨于減薄，因此，本處所謂設(shè)計大頭設(shè)計， 實際上是指確定連桿大頭在擺動平面內(nèi)某些主要尺寸，連桿大頭剖分形式，定位方式，及大頭蓋得結(jié)構(gòu)設(shè)計。 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 大頭結(jié)構(gòu)型式 連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑 D長度 B連桿軸瓦厚度 δ 2和連桿螺栓直徑 dm。 桿身結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù) 《柴油機(jī)設(shè)計手冊》圖表 國產(chǎn)典型中小功率高速柴油機(jī)連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)表得到以下數(shù)據(jù)： 桿身截面寬度 B約 等于 D)~( (D 為氣缸直徑 )，取 mmDB ?? ， 截面高度 BH )~(? ， 取 mmBH 6 2 ?? 。為了使桿身能與小頭和大頭圓滑過渡，桿身截面是由上向下逐漸增大的。若想使連桿在相同載荷作用下，這兩個平面內(nèi)的穩(wěn)定性相同，則必須 Ix≈4Iy,據(jù)統(tǒng)計 Ix=（ 2～ 3） Iy，這使連桿在垂直擺動平面內(nèi)有較大的抗彎能力。根據(jù)《柴油機(jī)設(shè)計手冊》圖表 國產(chǎn)典型中小功率高速柴油機(jī)連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)表得到以下數(shù)據(jù)： Dd )~(1 ? mmDd ??取 11 dB? mmB ?取 ?? ? d)~(D 1 ? 1 ??取 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 桿身結(jié)構(gòu)型式 連桿桿身的截形十分重要 ,它應(yīng)能在保證強(qiáng)度的前提 下有盡量較輕的重量 ,此外 ,還要有利于該截面形狀向大端、小端的過渡 ,因此柴油機(jī)連桿桿身常采用工字形截面。 小頭結(jié)構(gòu)尺寸 小頭結(jié)構(gòu)尺寸主要是小頭襯套內(nèi)徑 d1和寬度 B小頭外徑 D小頭孔直徑 d 和潤滑方式。潤滑油的均勻分布可通過襯套上開布油槽來達(dá)到。在四沖程柴油機(jī)中，為減少小頭軸承的沖擊負(fù)荷，間隙應(yīng)盡量取小些，以不發(fā)生咬合為 原則。連桿小頭的構(gòu)造如圖 22 所示。 本連桿的小頭的設(shè)計采用薄壁圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，為了耐磨，在小頭孔內(nèi)還壓有耐磨襯套。 在機(jī)體的設(shè)計中，已經(jīng)根據(jù)要求設(shè)計出連桿長度為 195mm。 在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)中，連桿長度的下限大約是 l=，即 ? =1/，上限大約是l=4R。 連桿長度 L（即連桿大小頭孔中心距）與結(jié)構(gòu)參數(shù) lR?? （ R 為曲柄半徑）有關(guān)。 表 4110 柴油 機(jī)主要性能參數(shù) 氣缸排列方式 直列四缸 供油方式 多點噴射 排量 /L 缸徑 /mm 110 行 程 /mm 125 曲柄半徑 連桿長 /mm 195 缸心 距 /mm 135 壓縮比 16 額定功率 /kW 70(2400 r/min) 平均有效壓力 增壓度 30 曲軸角速度 ? 最大爆發(fā)壓力 10Mpa 活塞組質(zhì)量 連桿的長短直接影響到柴油機(jī)的高度及側(cè)壓力的大小 ,較長的連桿能使慣性力增加 ,而同時在側(cè)壓力方面的改善卻不明顯。 7 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度， 本設(shè)計 采用精選 優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼模鍛 ，表面噴丸強(qiáng)化處理，提高強(qiáng)度 [4]。柴油機(jī)連桿選用中碳合金優(yōu)質(zhì)鋼，選用中碳合金鋼是因為它經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理之后能夠發(fā)揮良好的機(jī)械性能加進(jìn)少許合金元素是為了再提高其機(jī)械性能在鋼中加入錳元素使鋼具有較高的拉伸強(qiáng)度極限、較高的硬度及較好的韌性；加入少量鉻不但能大幅度提高拉伸強(qiáng)度極限和硬度，還能增加鋼在熱處理時的穩(wěn)定性；鉬加入鋼中能使鋼具有較大的強(qiáng)度極限 、屈服極限和很好的塑性。這就要求在連桿材料的選擇上針對具體的柴油機(jī)而采用高強(qiáng)度材料并輔以綜合措施。 “小體積、大功率、低油耗”是高性能柴油機(jī)對連桿提出的基本要求，其設(shè)計要點如下： ； ，特別是連桿小頭與桿身的過渡圓角及連桿大頭蓋的螺栓支承面的過渡圓角設(shè)計，防止應(yīng)力集中； 。 連桿的工作條件和設(shè)計要點 連桿在高速運動中承受由活塞組傳遞的氣缸壓力和往復(fù)慣性力的反復(fù)壓縮和拉伸，由此可能產(chǎn)生疲勞破壞，是內(nèi)燃機(jī)主要受力運動件之一。桿身彎曲會使活塞相對于氣缸、軸承相對于軸頸發(fā)生歪斜；也的失圓會使軸承失去正常配合。 連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強(qiáng)度。 圖 21 連桿結(jié)構(gòu)圖 6 1連桿襯套 2連桿小頭 3連桿桿身 4連桿螺釘 5連桿大頭 6連桿軸瓦 7連桿端蓋 8連桿軸瓦凸鍵 9連桿軸瓦定位槽 連桿把活塞和曲軸連接起來，連桿小頭與活塞銷相連接，并與活塞一起作往復(fù)運動；連桿大頭與曲柄銷相連接，和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動；連桿的其余部分則作復(fù) 雜的平面運動。連桿體包括連桿小頭、桿 身和連桿大頭的上部。若在垂直于擺動平面內(nèi)發(fā)生彎曲，則危害更大，造成軸承不均勻磨損，甚至燒瓦 。綜合起來的結(jié)果使連桿處于一種交變的復(fù)雜受力狀態(tài)。 連桿組在工作時工作條件惡劣承受著三方面的作用力； ； ； 。連桿桿身在大、小頭 孔運動的合成下作復(fù)雜的擺動。經(jīng)過這三個環(huán)節(jié)，就完成了基于 ANSYS 的連桿強(qiáng)度分析。 4110 柴油機(jī)的性能特點，嚴(yán)格按照《柴油機(jī)設(shè)計手冊》的要求，進(jìn)行了該柴油機(jī)連桿的設(shè)計，選定了連桿的結(jié)構(gòu) 型式、大小頭及桿身的結(jié)構(gòu)和尺寸，以及潤滑方式、定位方式等，再進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計算，完成 連桿的設(shè)計過程。利用三維裝配模型實現(xiàn)動態(tài)模擬后，可以進(jìn)行干涉檢驗，還可以觀察模型中某點的運動軌跡，繪出位置速度、加速度曲線，并分析其運動特征，為相關(guān)計算提供依據(jù)，保證了產(chǎn)品開發(fā)的可靠性，同時有利于縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 [4]。 采用三維模型進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，其過程如同實際產(chǎn)品的構(gòu)造或加工“制造”裝配過程一樣反映產(chǎn)品復(fù)雜的幾何形狀及相互之間的位置或裝配關(guān)系，使產(chǎn)品開發(fā)過程更加符合開發(fā)工程師習(xí)慣和思維方式。鍛造毛坯的精度及剛性差、孔加工的精度低、連續(xù)帶狀切屑的斷屑、平面加工的毛刺、因夾壓和內(nèi)應(yīng)力的重新分布而產(chǎn)生的幾何變形等，是加工工藝長期以來需要研究和解決的主要技術(shù)問題。我國的鈦合金連桿、纖維強(qiáng)化鋁合金連桿、粉末冶金鍛造連桿的研究才剛剛起步。鈦合金連桿可大幅度地降低連桿的質(zhì)量，但金屬鈦的抗拉強(qiáng)度比較低 [4]。隨著發(fā)動機(jī)輕量化的要求，連桿的設(shè)計應(yīng)力提高，中碳錳釩系列非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度無法滿足要求，目前德國在該鋼種的基礎(chǔ)上開發(fā)了強(qiáng)度級別更高的鋼種，正在推廣應(yīng)用。 目前，碳素鋼和合金鋼連桿、非調(diào)質(zhì)鋼連桿、粉末冶金連桿、鈦合金連桿等都有很廣泛的應(yīng)用，但在力學(xué)性能、生產(chǎn)成本等各個方面又各有優(yōu)劣。還有一大批新款歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)汽車柴油機(jī)正在研制之中。云內(nèi)柴油機(jī)同長城哈佛、奇瑞瑞虎配套。 轎車柴油發(fā)動機(jī)占比例雖然小，但轎車總量大，且柴油機(jī)品種在逐步增加，如捷達(dá) SD1 發(fā)動機(jī)、寶來 升 TD1 發(fā)動機(jī)都是柴油機(jī)。據(jù)統(tǒng)計， 20xx年國內(nèi)柴油市場達(dá)到 190 萬臺規(guī)模。 轎車使用柴油機(jī)已成為發(fā)展潮流，我國商用車按噸位 以上為重型， 以下為輕型車。 20xx 年，歐盟新注冊的轎車中，柴油機(jī)占 ﹪，其中法國 69﹪，德國 44﹪；連不太推崇柴油車的美國 20xx 年注冊的 柴油轎車也占 ﹪。一輛 升奔馳 E級柴油車平均耗油為 升，僅相當(dāng)于國內(nèi)排量 升汽油車的能源消耗。 20xx 年中國進(jìn)口了 億噸原油和 4000 萬噸成品油，共花了 420 億美元，以后將會逐年增加。對發(fā)動機(jī)連桿精確的分析，可以為設(shè)計、生產(chǎn)、改進(jìn)發(fā)動機(jī)提供可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，縮短發(fā)動機(jī)的開發(fā)、改進(jìn)的周期和成本 ，提高其可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，必須研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的柴油機(jī)，以提高我國汽車制造的國產(chǎn)率。經(jīng)歷多年的市場實踐，國內(nèi)柴油發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已不再滿足于憑借引進(jìn) 產(chǎn)品獲得市場上的暫時領(lǐng)先，而認(rèn)識到核心技術(shù)是最關(guān)鍵的，只有通過引進(jìn)、消化、吸收的途徑，自己掌握了核心技術(shù)，企業(yè)才會有發(fā)展后勁并獲得可持續(xù)發(fā)展的條件。當(dāng)前柴油發(fā)動機(jī)企業(yè)重點角逐的市場是輕型載貨車柴油機(jī)市場和客、轎車柴油機(jī)市場。柴油機(jī)行業(yè)的發(fā)展對我國工業(yè)車用柴油機(jī)的發(fā)展越來越受到重視，成為柴油機(jī)行業(yè)增長速度最快的行業(yè)，也是我國大力發(fā)展的一個行業(yè)。這就需要用到采用傳統(tǒng)材料力學(xué)公式使得計算的結(jié)果更為精確的有限元方法對連桿進(jìn)行三維應(yīng)力應(yīng)變分析，以研究其在不同情況下的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài) 及危險部位 [2]。此方法已成為工程技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的的一個強(qiáng)有力的計算分析工具，其在發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計分析中的應(yīng)用亦有了很大的進(jìn)展。有限元方法是近似求解一般連續(xù)問題的數(shù)值方法，它最先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)問題。 現(xiàn)今隨著計算機(jī)技 術(shù)的迅速發(fā)展，特別是各種分析軟件的日益成熟，在發(fā)動機(jī)研制開發(fā)過程中，對其零部件進(jìn)行計算機(jī)數(shù)值模擬已成為輔助設(shè)計的重要手段。 以往，連桿的的制造以鑄造法和鍛造法為主； 20 世紀(jì) 80 年代以來，由于采用粉末鍛造法大批量生產(chǎn)的粉鍛連桿具有力學(xué)性能優(yōu)、尺寸精度高、質(zhì)量較輕及質(zhì)量偏差很小等特點，因而相繼在發(fā)達(dá)國家快速發(fā)展，逐漸取代鑄造和鍛造連桿。在長期使用中，連桿會因活塞的劇 烈推力和曲軸的高速運轉(zhuǎn)等因素，出現(xiàn)彎曲和扭曲現(xiàn)象。連桿小端工作時作往復(fù)運動，大端作旋轉(zhuǎn)運動，桿身作復(fù)雜的平面運動，因此連桿的受力情況十分復(fù)雜。 tension, pression conditions were the force calculation, and then link into ANSYS threedimensional geometric model is defined in its properties, meshing, impose constraints and loads, and finally calculated to achieve the purpose of checking the strength rod Key words: Diesel engine； Connecting rod； Strength check； Pro/E； ANSYS 外 文摘要示例 目 錄 摘要 ................................................................... Ⅰ Abstract .............................................................. Ⅱ 第 1 章 緒 論 ......................................................... 1 選題的目的和意義 ................................................. 1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 ................................................. 2 設(shè)計研究的主要內(nèi)容 ............................................... 4 第 2 章 連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 ......................................... 5 連桿的運動和受力分析 ............................................. 5 連桿的結(jié)構(gòu)分析 ................................................... 5 連桿的工作條件和設(shè)計要點 ........................................ 6 連桿的材料性能及特點 ............................................. 6 連桿基本參數(shù)的確定 ............................................... 7 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................... 8 小頭結(jié)構(gòu)型式 ............................................... 8 連桿襯套 .................................................... 8 小頭結(jié)構(gòu)尺寸 ................................................ 9 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................... 9 桿身結(jié)構(gòu)型式 ................................................ 9 桿身結(jié)構(gòu)尺寸 ................................................ 9 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................