内燃机构造与设计--8-11连杆

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1、内燃机构造与设计11连杆组件11.1概述1、连杆组件的组成连杆体，连杆盖，连杆螺栓，小头衬套和连杆轴瓦等。2、连杆组件的作用连杆组件作为整体连接着活塞销和曲轴销。活塞的往复运动要经过连杆和曲拐变成曲轴的旋转运动。3、连杆组件的工作条件连杆组件要承受缸内气体作用力和惯性力的作用。PA和PL与连杆自身所有微元的惯性力总和平衡。连杆的受力情况如图，在其杆身的每一横截面上会有弯矩，剪力和法向力，不过弯矩和剪力都不大，杆身的主要载荷还是交变的拉压载荷。11.1概述当曲拐转角为0°时（进、排气上止点），PA和PL均与连杆中心线重合，且PA达到其最大负值（向上），PL也达到其最大负值（

2、向下），这时连杆杆身受到最大的拉伸载荷，可以忽略此时的气体作用力而近似认为：式中mhz、mA、mB各为活塞组件、连杆小头和连杆大头的质量，r和λ各为曲柄半径和连杆比，ω是曲轴角速度。当PA和PL在连杆中心线方向的分力PAx和PLx达到各自的最大正值时，连杆杆身受到最大的压缩载荷。11.1概述从曲柄连杆机构动力计算所得出的连杆轴承载荷极坐标图可以看出，PLx达到其最大正值时的曲拐转角α’可能是压缩上止点后的370°左右（柴油机以及高速汽油机的中低转速工况），也可能是膨胀下止点前的530°左右（高速汽油机的某些高转速工况）。11.1概述连杆杆身所受到的最大压缩载荷可近似的认为

3、是以下两组中数值较大的一组：或连杆的小头和大头各受方向和大小都在变化的分布力PA和PL的作用，每一截面上都有交变的弯矩、法向力和剪力。连杆螺栓则担负着保证连杆体和连杆盖的结合面彼此压紧的任务。在装配状态，螺栓就因被拧紧而产生相当大的拉应力。最大拉应力出现在进、排气上止点时。11.1概述4、连杆组件的设计要求设计连杆首先应该保证连杆体、连杆盖和连杆螺栓有足够的疲劳强度，能经受上述交变机械载荷而不发生断裂。连杆体和连杆盖还必须有足够的刚度，以避免大头的变形影响到轴承润滑与磨损，或是连杆螺栓受到附加弯矩载荷；避免杆身失稳弯曲使活塞在缸中歪斜，加剧磨损、漏气和窜油。为减轻曲轴和机

4、体所承受的惯性力载荷，连杆应尽可能地轻巧，必须先用高强度材料，合理设计结构形状，并采取提高强度的工艺措施。5、连杆组件的材料连杆螺栓必须用优质中碳合金钢制造，调质处理。连杆一般用中碳45号钢模锻，强化程度高的发动机连杆用中碳合金钢。锻钢连杆在机械加工前都要进行调质处理以提高材料的σb和σs。为提高连杆的疲劳极限，杆身非加工表面的粗糙度不得大于0.1mm，通常还要进行喷丸处理。高强化发动机则采用全加工连杆。连杆还必须经过磁力探伤，以确保没有裂纹。除钢材外，高强度可锻铸铁也可用来制造连杆。11.1概述连杆的危险部位通常是应力相对较大，应力集中比较严重的部位，对这些部位的形状和

5、尺寸设计要特别仔细，力求使连杆各处的应力差不多，并且在疲劳极限以内。连杆的小头和大头轴承的条件比压（即折算到轴承单位投影面积上的载荷）总是比主轴承的比压大。设计时必须使大、小头轴承的条件比压水平与所用衬套或轴瓦的材料相适应。11.2连杆的结构设计11.2.1连杆的结构形式和基本尺寸连杆的基本结构尺寸是连杆大小头中心距（连杆长度）l，小头的轴承孔直径d1和高度h1，大头的轴承孔直径d2和高度h2，连杆螺栓中心距C和连杆体大头宽度B。11.2连杆的结构设计1、连杆长度为减小发动机的高度和重量，宜在不发生曲轴和活塞运动干涉的前提下尽可能缩短连杆，现有汽车发动机的连杆长大多为曲轴

6、半径r的（3.25-3.65）倍，少数发动机因曲轴上平衡重尺寸大，l有大到3.8r的。2、连杆大小头高度h2、h1及直径d2、d1连杆小头高度h1应与活塞上销座部分的设计协调，大头高度h2则应与曲拐其它部分的纵向尺寸协调。通常是应选定h1和h2，再根据小头衬套和连杆轴瓦材料的许用条件比压来确定d1和d2，以满足于11.2连杆的结构设计式中PAmax和PLmax各为小头最大载荷和连杆轴承最大载荷，h1’和h2’各为小头衬套和连杆轴瓦去除倒角后的有效高度，[p]为许用比压。一般汽车发动机连杆采用锡青铜衬套，[p]约为62MPa；高强化发动机连杆则采用铅青铜衬套，[p]约为85

7、-90MPa。由上确定的d2还要经过曲轴强度分析才能最终确定。据统计，车用汽油机的d1=(0.25-0.28)D,h1=(1.2-1.35)d1,d2=(0.55-0.63)D,h2=(0.4-0.65)d2；车用柴油机的d1=(0.31-0.38)D,h1≈d1,d2=(0.63-0.7)D,h2=(0.4-0.7)d2；直列发动机连杆的h1和h2常相等。此处D为缸筒内径。11.2连杆的结构设计3、连杆大头的剖分形式连杆体和连杆盖的分界面通过大头轴承孔中心线。若分界面垂直与大小头中心线所在的平面，是平切口连杆；若分界面与该平