连杆设计.doc

第五章 典型零部件----连杆的设计 连杆是发动机最重要的零件之一，近代中小型高速柴油机，为使发动机结构紧凑，最合适的连杆长度应该是，在保证连杆及相关机件运动时不与其他机件相碰的情况下，选取小的连杆长度，而大缸径的中低速柴油机，为减少侧压力，可适当加长连杆（P505） 连杆的结构并不复杂，且连杆大头、小头尺寸主要取决于曲轴及活塞组的设计。在连杆的设计中，主要考虑的是连杆中心距以及大、小头的结构形式。。连杆的运动情况和受力状态都比较复杂。在内燃机运转过程中，连杆小头中心与活塞一起作往复运动，承受活塞组产生的往复惯性力；大头中心与曲轴的连杆轴颈一起作往复运动，承受活塞连杆组往复惯性力和不包括连杆大头盖在内的连杆组旋转质量惯性力；杆身作复合平面运动，承受气体压力和往复惯性力所产生的拉伸.压缩交变应力，以及压缩载荷和本身摆动惯性力矩所产生的附加弯曲应力。 为了顺应内燃机高速化趋势，在发展连杆新材料、新工艺和新结构方面都必须既有利于提高刚度和疲劳强度，有能减轻质量，缩小尺寸。 对连杆的要求(P501) 1、结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用。 2、在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能的减轻重量，以降低惯性力。 3、尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量。 4、大小头轴承工作可靠，耐磨性好。 5、连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠。 但由于本设计是改型设计，故良好的继承性也是一个考虑的方面。 5.1连杆材料（P543） 结合发动机工作特性,发动机连杆材料应当满足发动机正常工作所需要的要求。应具有较高的疲劳强度和冲击韧性，一般选用中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr等，本设计中发动机为中小功率发动机，故选用一般的45钢材料基本可以满足使用要求。 5.2连杆主要尺寸 1、连杆长度：曲柄连杆比一般均大于0.3，这样可以使柴油机的机体高度降低，净质量减少，而且连杆长度减小后，其材料也相应减少，从而成本降低。但是，过小的曲柄连杆比会引起活塞侧压力增加，从而导致柴油机摩擦损失的增加，加速活塞、活塞环、气缸套的磨损，影响可靠性。 《高速柴油机概念设计及实践》中指出：当曲柄连杆比左右时，对柴油机寿命及可靠性影响不大。参照原机及总体布置，选择曲柄连杆比为： 。 2、连杆的结构尺寸：小头主要尺寸为连杆衬套内径d和小头宽度。《柴油机设计手册》中介绍的各个尺寸范围为： 由 查 《柴油机设计手册》（P62） 毫米 毫米 小头内径 毫米 小头外径 毫米 大头内径 毫米 小头厚度 取 毫米 大头厚度 取 毫米 取 毫米 螺栓直径毫米 取毫米 毫米 毫米 图14连杆杆身断面示意图 校核小头轴承的比压： 《柴油机设计手册》中给出，q 许用值为630bar,可见是在安全范围之内的。 注：式中 ； 3、连杆杆身:连杆杆身采用典型的工字形截面。尺寸如图14所示。 4、连杆大头定位方式为舌槽定位。这种定位方式定位可靠，贴面紧密，抗剪切能力强尺寸紧凑。但要注意舌槽部位要减小应力集中，以防疲劳损坏。 5、连杆大头、小头的结构形式 连杆大头的剖面形式：从上面选取的参数 ，所以采用斜切口。 连杆盖的定位方式：斜切口连杆盖一般采用止口定位、锯齿定位。在本设计中采用止口定位 连杆小头的结构形式：由于活塞销的大小一般由活塞设计所决定，所以在连杆的设计中，应尽可能加大连杆小头衬套的承压面积以降低比压，结构设计如图所示。 图15 5.3 连杆的强化工艺： 合理选择热处理规范 锻钢连杆一般选用调质处理，本设计中选择的材料为45钢。 表面喷丸强化，因为此工艺可产生如下效果： 喷丸处理在表面产生残余压缩应力，可显著提高零件的疲劳强度。 连杆喷丸后尺寸略有变化，如中心距加大，不平行度增加等，对此工艺上应预先考虑。 表面盐于浴氮化 采用此法可提高表面疲劳强度，并能防止连杆大头与瓦背贴合面产生微小位移引起的点蚀。 表面抛光 此法常用于对应力集中很敏感的合金连杆，但单纯依靠提高表面光洁度来提高疲劳寿命，其效果显然不如喷丸处理。 综上所述，由于本设计中才用的连杆材料为45钢，考虑到降低成本和制造工艺以及满足使用性能的要求，本连杆采用调质处理。 5.4连杆螺栓 连杆螺栓连杆盖和连杆大头连在一起，在工作中承受很大的冲击力，折断或松脱，将造成严重事故。此，连杆螺栓都采用优质合金钢，并精加工和热处理特制