第五章 连杆设计课件.ppt

2、连杆长度 连杆长度的确定的原则：保证发动机结构紧凑和轻量化，根据发动机整体布置，保证连杆在运动时不与其它机件相碰的条件下具有最短长度。衡量参数为λ=r/l，大致范围：1/3.2~1/3.8。 估算如下： 满足平衡块不碰活塞时： 满足曲拐不碰活塞时： 短行程发动机连杆长度的确定 短行程发动机连杆长度按下式计算： * * 第五章 连杆组设计 §5—1 连杆的工作条件与设计要求 一、工作条件 通常的损坏形式为疲劳断裂。四冲程发动机的连杆既受拉又受压；二冲程发动机总是受压。连杆杆身受到摆动惯性力的力矩作用，杆身刚度不够时易失稳。连杆大头刚性不足会影响连杆轴承的正常工作。 二、设计要求： 1、保证连杆有足够的疲劳强度； 2、保证连杆有足够的刚度，特别应避免连杆大小头孔的变形过大，以保证连杆轴承与衬套工作可靠，并力求减小给连杆螺栓增加附加的弯曲应力； 3、质量尽可能小； 4、保证连杆大小端轴承、衬套工作可靠， 有足够的的耐磨性和疲劳强度，以适应柴 油机强载度增大和降低维护费用、延长 检修期的要求。 为此连杆材料要求有较好的综合机械 性能（包括强度极限、疲劳极限、冲击韧 性、延伸率及断面收缩率）、良好的工 艺性。为此还需适当的热处理等措施进 行强化。一般强载度用优质中碳钢（35， 45），中等强载度用40Cr，高强载度用 35CrMo、42CrMo等优质高强度合金钢。 §5—2 连杆结构设计 一、连杆小头 柴油机 汽油机 d1= (0.35~0.38)D d1= (0.25~0.30)D B1=(0.95~1.05)d1 B1=(1.2~1.4)d1 d=(1.1~1.25)d1 d=(1.05~1.15)d1 二、连杆杆身 1、 杆身截面形式 截面惯性矩 满足连杆不碰缸孔下缘时： 比较上述各式，取最大的λ值 V型发动机的连杆大头型式有三种，如图所示： 并列式 叉骑式 主副式（关节式） 三、连杆大头 有两种型式：平切口、斜切口 如右图所示，高速内燃机要求能将活塞 与连杆一起从气缸中取出，因此要求 为满足此要求，对于直开口连杆 大头，允许的曲轴连杆轴颈直径D2为 超出此范围则必须采用斜开口。 采用斜切口后带来两个问题：螺栓受剪切、连杆大头因结构不对称而导致刚性不均匀。 为解决第一个问题，要采用如图所示的定位措施： 第二个问题如图所示，由于结构不对称，刚度不等，应力分布不同。如图所示为某斜切口连杆的应力分布及曾经出现裂纹的部位：图中①是首先出现裂纹的部位，原因是此处应力较大，且有螺栓载荷及螺纹应力集中，造成疲劳断裂；②、④是由于连杆受拉时在该处有弯矩及小圆角过渡的应力集中引起；③、④为大端弯曲应力所致。这些问题只能通过改进设计来解决。 发动机连杆制造最新技术—断裂分形连杆 传统的连杆大头剖分面及连杆螺栓 传统的连杆大头剖分面的缺点： 为了保证连杆与连杆盖的径向定位，在连杆和连杆盖上加工了凹凸槽。凹凸槽之间为空间配合，尺寸公差要求非常严格，不仅加工要求高，装拆也很困难。同时，因凹凸槽存在加工及装配误差，使连杆与连杆盖结合面减小，工作中结合面应变增加，必然导致连杆大头孔失圆，影响油膜及连杆瓦的可靠性。尽管如此，凹凸槽也仅能解决连杆与连杆盖的径向定位问题，轴向定位还需要连杆螺栓来完成 为简化连杆加工，从材料断裂力学原理中得到启发，美国和德国于80年代末分别发明了连杆分离面裂断加工技术，并很快应用于轿车粉末烧结材料连杆上。随着非调质高碳钢的问世，国外裂断技术的应用也由最初的轿车连杆逐渐发展到卡车连杆，应用范围越来越广泛。随着一汽大众和上海大众的产品引进，裂断技术及相关产品在我国也得到应用 中碳钢拉伸断面形貌 球墨铸铁件拉伸断面形貌 断裂分形工艺要求： 1、材料在满足强度条件下，延伸率尽可能低 ，适合的材料如粉末冶金、非调质中高碳钢、球墨铸铁等 2、结构上应保证预设分形面处截面最小，螺栓孔外侧不允许加工，以保证分形面质量 3、为保证断面的很好复合，应施加正应力，并在连杆初加工后预制应力槽 断裂分形面连杆大头及连杆螺栓 断裂分形连杆总成 断裂分形连杆的优越性： 1、减少了机加工工序（约30～40%）、减少工、夹具数量（约30%），降低生产成本（约15～20%）优化了连杆结构和结合面定位、加工工艺流程。 2、提高了连杆与连杆盖的定位精度与装配质量 3、提高了连杆的承载能力、抗剪能力和疲劳安全系数 目前存在的主要问题： 只有少数材料可以采用断裂分形工艺，采用常用材料实现连杆断裂分形尚需进一步研究。 §5—3 连杆强度计算 连杆强度计算包括连杆杆