发动机连杆设计论文

引言
随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此，国内外各大汽车公司对发动机连杆的材料及制造技术的研究都非常重视。

“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求：
(1)作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声；
(2)强度、刚度要高，并且要有较高的韧性；
(3)连杆比要大，连杆要短。

这就意味着对连杆的设计和加工有着更高的要求。

其一，杆身有足够的刚度可以预防工作时发生弯曲变形；其二，连杆的大端和连杆盖有足够的刚度，以防大端变形时连杆螺栓承受附加的弯曲应力和大端失圆，使轴承润滑破坏。

同时，还要求连杆组具有足够的疲劳强度和冲击韧性。

汽车发动机连杆设计
濮永庆机械制造及其自动化
专升本 2011春季117863210038
一、连杆的国内外发展情况
1、连杆的毛坯材料发展状况
在毛坯材料方面，国内传统工艺连杆毛坯材料一般采用42CrMo 、35CrMo 、40MnVB、45CrMnB、40Cr 、45 、40CrMnB S40C等调质钢和S43CVS1 (进口) 35MnV、40MnS等非调质钢。

1984～1994年期间，康明斯生产线用调质钢毛坯40MnBH(GB5216-85),1995年全面转用非调质钢材料毛坯38MnV。

而德国发动机系统和零部件专家马勒（MahleGMbH）公司先后推出C70S6BY钢、36MnVS4BY钢、70MnVS4BY钢等。

2、连杆的加工工艺发展情况
在加工工艺方面，国内外连杆生产方式大致有：锻造、铸造、粉末冶金等，传统锻造有将连杆体和盖分开锻造、连杆体和连杆盖的整体锻造两种。

60年代中期粉末热锻技术开始发展起来，从上世纪80年代以来，粉末冶金注射成型（PIM）得到应用，大多数连杆制造中使用的中碳钢和低合金钢逐步由新钢种和粉末冶金的锻造材料所代替。

在连杆体与连杆盖分离工艺方面，国内外连杆的加工工艺大部分采取的方法有锯断、铣断等工艺；最新工艺是使用断裂分开，即胀断工艺（或者裂解工艺），该工艺是用切口(或用机械方法或用激光束制造预裂纹) 断裂,使大端连杆盖从连杆体移去。

国内部分汽车工业制造厂及设备制造厂如一汽大众、上海大众和上海通用等公司都采用了该技术。

连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且生产批量大，连杆的质量直接影响发动机质量。

本设计详细介绍了连杆的加工方法的拟订和确立，并对连杆加工工序进行设计。

从零件加工工艺的方向进行了一定的探讨。

二、连杆的结构特点
图2-1 连杆的结构图
连杆由连杆及连杆盖两部分组成。

连杆体与连杆盖上的大头孔用螺母和螺栓与曲轴装配在一起。

如图2-1 175Ⅱ型柴油机连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。

轴瓦以刚质为母体，其内表面浇有一层耐磨合金。

在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。

连杆小头有活塞销于活塞连接。

小头孔内压入青铜衬套，一减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。

连杆是柴油机的主要零件之一。

它把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体，工作中承受着急剧变化的动载荷。

三．连杆的技术要求
3.1连杆的小头孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra<0.80um，圆柱度公差等级不低于7级。

3.2连杆大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.8μm；圆柱度公差等级不低于6级。

3.3连杆小头孔对大头孔轴线的平行度：在大、小头孔轴所决定的平面的平行方向上，平行度公差值不应大于100：0.03；垂直于上述平面的方向上，平行度公
差应不大于100：0.06。

3.4连杆大、小头孔中心距的极限偏差通常为±0.05mm；连杆大头两端面对连杆大头孔轴线的垂直度公差不低于8级。

两端面表面粗糙度Ra值不大于1.25um。

3.5在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。

这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。

因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。

规定：螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3μm加工；
3.6在连杆受动载荷时，对口面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。

结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。

对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。

四．连杆的材料和毛坯
1．连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。

因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。

近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。

随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。

因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。

2.连杆毛坯制造方法的选
择，主要根据生产类型、材
料的工艺性（可塑性，可锻
性）及零件对材料的组织性
能要求，零件的形状及其外
形尺寸，毛坯车间现有生产
条件及采用先进的毛坯制
造方法的可能性来确定毛
坯的制造方法。

根据生产纲
领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。

连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成—体。

整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成
椭圆形。

相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。

总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。

目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。

图（1-2）为连杆辊锻示意图．毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。

用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。

辊锻需经多次逐渐成形。

五、连杆的加工工艺过程
连杆的尺寸精度、加工表面形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。

孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外圆面作为另一基面。

端面的面积大，定位比较稳定；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距，并可达到基准统一，减少定位误差。

在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触。

在精镗小头孔时也用小头孔及衬套孔作为基面，这时将定位销做成活动的。

当连杆用小头孔及衬套孔定位并夹紧后，从小头孔中抽出假销，进行加工。

六、连杆机械加工工艺过程分析
1、工艺过程的安排
在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：
（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力，夹紧力）的作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力，并引起内应力的重新分布；
因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分工。

这样，粗加工生产的变形就可以在半精加工中得到修正；半精加工中生产的变形可以在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。

各主要表面的工序安排如下：
（1）两端面：粗铣、粗磨、半精磨、精磨；
（2）小头孔：钻孔、扩孔、拉孔、精镗，压入衬套后再精镗；
（3）大头孔：粗镗、半精镗、精镗；
（4）螺栓孔：钻孔、扩孔、铰孔。

一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。

1、连杆主要加工表面的工序安排
连杆的主要加工表面为大、小头孔、端面、连杆盖与连杆体的接合面和连杆螺栓孔；次要加工表面为油孔、锁口槽等。

此外，还有检验、清洗、去毛刺等工序。

大头孔的加工顺序一般为：大头孔的加工顺序一般为：粗镗—半精镗—金刚镗—珩磨。

为了保证主要表面的加工精度和表面粗糙的要求，连杆在机械机械加工时，粗加工、精加工和光整加工工序分阶段进行。

由于连杆刚度较差，在确定夹紧力的作用点时，应使连杆在夹紧力与切削力的作用下产生的变形最小。

有时，为了减小变形和消除内应力对加工精度的影响，增加了一些辅助工序，如在金刚镗大头孔之前，将连接连杆盖与连杆体的螺栓松开，使大头孔在粗加工后产生的变形，而在精镗工序中消除。

在连续式拉床组成的连杆拉削自动线上，也采取松开连杆的方法，使其变形后再在下一工序中得到修正。

根据连杆的结构特点及机械加工的要求，各表面的加工顺序大致可归纳为：加工大、小头端面；加工基准孔（小头孔）和工艺凸台；粗、半精加工主要表面（包括大头孔、接合面及螺栓孔等）；把连杆盖和连杆体装配在一起；精加工连杆总成；校正连杆总重量；对大、小头孔进行精加工和光整加工。

2、连杆机械加工工艺路线
在进行大量的工艺分析之后，制定出大批大量生产连杆的加工工艺路线：（1）锻造
（2）铣两平面
（3）粗磨两平面
（4）退磁
（5）钻扩小头孔
（6）锪小头孔口倒角
（7）拉小头孔
（8）粗镗大头孔
（9）车大头外圆
（10）打成套编号
（11）粗铣螺栓孔平面
（12）精铣螺栓孔平面
（13）钻扩铰两螺栓孔
（14）中间检验
（15）半精磨两平面
（16）退磁
（17）半精镗大头孔
（18）精镗小头孔
（19）中间检测
（20）钻小头油孔
（21）去毛刺
（22）压入衬套
（23）铣开
（24）去全部毛刺
（25）螺栓孔口的倒角
（26）钻连杆盖定位销孔（27）钻连杆体定位销孔（28）装配连杆体和连杆盖（29）精磨两平面
（30）精镗衬套孔及大头孔（31）精细镗大头孔
（32）中间检验
（33）车小头两端面及孔口倒角（34）去全部毛刺
（35）清洗
（36）最后检验
七、连杆的检验
连杆的检验分为毛坯的检验和连杆精度检验，其中连杆的加工精度检验有孔的加工精度检验，相互位置精度检验，连杆体盖结合面的精度检验，连杆螺栓孔的精度检验，表面粗糙度的检验。

1、观察外表缺陷及目测表面粗糙度
检测表面粗糙度主要采用以下方法，比较法，仪器检测法，连杆表面粗糙度选用仪器检测法。

仪器检测法分有：光切法、干涉法和感触法。

本工序选用感触法，感触法是利用电动轮廓仪测量被测表面的Ra值方法。

测量时使触针以一定速度划过随被测表面，传感器将触针随被检测表面的微小峰谷的上下移动转换为电信号，并经过传输、放大和积分运算处理后，通过显示器显示Ra值。

其测量范围一般为Ra0.01～25µｍ。

2、连杆大头孔圆柱度的检验
在工件旋转一周过程中，测出一个正截面上最大于最小读数。

按上述方法，连续测量几段截面，取各截面内所测得的所有读数中最大与最小读数的差值的一半，作为该圆柱面的圆柱度误差，保证在要求精度范围以内。

3、连杆体，连杆上盖对大头孔中心线对称度检验
连杆体盖结合面的精度检验主要是结合处和安装轴瓦用的定位销孔沿大端孔周围方向的偏移。

连杆体和连杆盖的结合面的加工方法较多。

检验的方法是靠目测。

在结合面上涂红丹粉，经体盖研磨后，检查其贴合面积，观察其表面光洁度，并与检验合格的样件比较来确定产品质量。

4、连杆螺栓孔的精度检验
连杆螺栓孔的精度检验包括以下几面：
⑴ 2-M18×1.6-1螺栓孔的检验。

⑵ 2-M18×1.6-1螺栓孔中心线对螺栓肩面的不垂直度。

⑶φ23对M22×2-1螺栓孔的不同心度。

图2—1
图纸规定螺栓孔的加工必须将连杆体和连杆盖配对进行，不得互换。

因而对φ23对M22×2-1螺栓孔的不同心度是依靠在十二工位中央立柱式螺栓孔加工组合机床上精钻螺栓底孔和扩孔的加工精度来保证的。

检验方法是在攻制螺纹之前依靠阶梯轴的界限塞规来进行，如图2—1所示。

用带有止端和通端的螺纹塞规对螺栓孔M22×2-1的精度进行综合检验。

对螺栓孔中心线与螺栓肩面的不垂直度检验采用------。

量杆的螺纹也是M22×2-1，并做成1:200锥度，罗纹后端尺寸按螺纹的上偏差制作。

量杆上圆柱部分及其端面对中心线的跳动量严格控制在±0.005mm以内。

利用量块在端面上转动
时，通过百分表便可显示出螺栓肩面对螺栓孔中心线的不垂直度来，其值为百分表的最大与最小读数之差。

5、连杆大小端孔的平行度和扭曲度检验
在连杆大小端孔中各套入标准管状定为心轴，先将大端孔的心轴调整成水平，用百分表在小端孔心轴100mm长度上进行测量，其最大读数和最小读数之差即为两孔中心线的不平行度数值。

将连杆放成水平位置，调整大端孔心轴成水平，小端孔心轴在100mm长度上的百分表最大读数和最小读数之差就是大小端孔中心线的扭曲度数值。

结论
毕业设计完后，开始回想设计的经过，体会在设计时自己的付出，回报。

在毕业设计的过程中，我深深的体会到设计的乐趣。

这是我的人生生涯第一次设计，从开始选题，到课题的确定，然后手机资料，指导现在毕业设计的完成，我加深了对毕业设计的看法，这是非常有必要的，是对这几年来所学知识的一次较全面的应用，更是一次自我学习的机会。

接着我对毕业设计的过程做个总结。

在通知毕业设计课题时第一步要做的就是选题，选题的原则应按照指导老师的要求，根据自己的实力慎重选题，以免在以后的设计中因课题难度大而造成过大的压力。

第二步搜集资料，在搜集资料的过程中应对其做好笔记，对不了解的部分予以记录，及时向指导老师寻求帮助，这可帮助设计者学到一些目前的现状，资料是保证设计的依据，应认真细心。

第三步通过对收集资料的认识，分析题目都要应用哪些加工方式，并建立起大体工艺过程，然后对每一步作个详细的叙述，在这个过程中是非常漫长的，应耐心对待。

第四选择加工时所需的加工设备及夹具、刀具等，是否要选用专有夹具。

最后对前面的内容进行修改，以求达到设计要求。

这就是我的总结，在设计的过程中会遇到的很多问题，会感觉压力很大，不知道怎样处理，但在最后这些问题就都解决了。

在此我还在心得上有所体会：做毕业设计不仅是对智力、智商的考验，更是发挥知识价值的平台。

我感谢我的指导老师对我的细心指导，在设计过程中，经过翻阅资料，和老师的交流，使我学到了好多知识，虽然过程是艰辛的，但结果是可喜的。

这对我以后的工作具有重大的意义，增强了我的信心，我会把这种求知精神带进我的生活中。

在毕业设计中我的设计存在缺陷，但在设计的同时我学到了好多，这是我无形中的财富，我很欣慰。

参考文献
[1]汽车制造工艺学，曾东健主编，机械工业出版社，2005年。

[2]工程材料，徐自立等主编，华中科技大学出版社，2003年。

[3]切削加工简明实用手册，黄如林主编，化学工业出版社，2009年。

[4]实用机械制造工艺设计手册，王凡，机械工艺出版社，2008年。

[5]现代机床夹具设计，吴拓主编，化学工业出版社，2009年。

[6]机械制图，大连理工大学工程图教研室编，高等教育出版社，2007年。

致谢
此次毕业设计得到蒋建强老师的大力指导和帮助。

再次表示衷心的感谢。

此次毕业设计在老师的指导下使我对发动机的机构又有了新的认识对发动机结构的设计只是又有了新的了解，使我的动手设计能力又有了很大的提高。

但由于时间仓促，加之本人只是不足。

本次设计难免会有一些错误或不当之处，敬请读者原谅。

在此我也感谢和我在一起的同学，朋友，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

特别感谢白稳练老师，他在我的工艺方面做了技术指导，给予我很大的帮助。

从开始到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！
首先，我要感谢我的毕业设计指导老师蒋建强。

在毕业设计中，他给予了我学术和指导性的意见。

我万分的感谢他给我的宝贵的指导意见和鼓励。

在他们的课堂上，我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。

我也非常感谢我的父母。

在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。

最后，很感谢阅读这篇毕业设计（论文）的人们。

感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计（论文）。