第三章 连杆的基本设1

第三章 连杆的基本设计

3.1 连杆结构及长度的确定

单列式汽油机的连杆，根据大头的结构一般可分为平切口、斜切口连杆及分体式连杆。多列式柴油机的连杆有并列连杆、叉形连杆、主副连杆等类型。

连杆的长短直接影响到柴油机的高度及侧压力的大小,较长的连杆能使惯性力增加,而同时在侧压力方面的改善却不明显。因此在柴油机设计时,当运动件不与有关零部件相碰时,都力求缩短连杆的长度。

连杆长度L （即连杆大小头孔中心距）与结构参数l R

=λ（R 为曲柄半径）有关。连杆

长度越短，即λ越大，则可降低发动机高度，减轻运动件重量和整机重量，对高速化有利，但λ大，使二级往复惯性力及气缸侧压力增大，并增加曲轴平衡块与活塞、气缸相碰的可能性。

在现代高速内燃机中，连杆长度的下限大约是l=3.2，即λ=1/3.2，上限大约是l=4R 。连杆长度的确定必须与所设计的内燃机整体相适应，连杆设计完成后应进行零件之间的防碰撞校核，应校核当连杆在最大摆角位置上时是否与气缸套的下缘相碰，以及当活塞在下止点附近位置上时活塞下缘是否与平衡重相碰，它们之间的最小距离都不应小于2～5毫米[]4。 在机体的设计中，已经根据要求设计出连杆长度为

168mm 。

3.2连杆小头的设计

3.2.1 小头结构型式

现代内燃机绝大多数采用浮式活塞销，也就是说，

在运转过程中活塞的销座中和在连杆的小头中都 是能够自由转动的。

本连杆的小头的设计采用薄壁圆环形结构，优点是构形简

单、制造方便，材料能充分应用，受力时应力分布较均匀[]4

。 连杆小头的构造如图3-1所示： 图 3-1 连杆小头结构型式

3.2.2 小头结构尺寸

小头主要尺寸为连杆衬套内径d 和小头宽度b 1（通常小头和衬套制成同样的宽度）。b 1取决于活塞销座间隔b 。

连杆小头主要尺寸比例范围大致如下：

D=(0.28～0.42)D

δ=(04～0.08)d

d 1=(0.9～1.2)d

d 2=(1.2～1.4)d 1

根据《内燃机设计》要求[]1，初步设计连杆小头的主要尺寸为：

连杆小头衬套内径 d=25mm,

小头衬套厚度 δ=3mm 宽度同小头同宽

小头孔径 d 1=28mm

小头外径 d 2=34mm

小头宽度 b 1=30mm

小头油孔直径 d 0=3mm

3.2.3 连杆衬套

衬套与连杆小头孔为过盈配合，青铜衬套与活塞销的配合间隙∆大致在（0.0004～0.0015）d 的范围内，在采用粉末冶金衬套时，由于衬套压入后，内径会缩小，因此配合间隙应适当放大，一般∆大致在（0.0015～0.0020）d 。在四冲程柴油机中，为减少小头轴承的冲击负荷，间隙应尽量取小些，以不发生咬合为原则[]4

。 在小头上方开有集油孔或集油槽，靠曲轴箱中飞溅的油雾进行润滑。润滑油的均匀分布可通过衬套上开布油槽来达到。

设计衬套宽度与连杆小头等宽，厚度为3mm ，选用铅青铜材料。

3.3 连杆杆身

连杆杆身的截形十分重要,它应能在保证强度的前提下有尽量较轻的重量,此外,还要有利于该截面形状向大端、小端的过渡,因此柴油机连杆杆身常采用工字形截面。连杆杆身采用工字形截面，其长轴位于连杆摆动平面，这种截面对材料利用得最为合理。

连杆杆身截面的高H 一般大约是截面宽度的1.5～1.8倍，而B 大约等于（0.26～0.3）D(D 为气缸直径)。为了使杆身能与小头和大头圆滑过渡，杆身截面是由上向下逐渐增大的。杆身的最小截面积与活塞面积之比，对于钢制连杆来说大约是在1

1

2530 的范围内[]4。

根据《柴油机设计手册》要求，本连杆设计的杆身尺寸为：

杆身高度H=25mm

杆身宽度B=12mm

3.4 连杆大头

3.4.1 大头结构型式

连杆大头为了与曲轴相配，都用剖分式结构。从结构简单、对称和刚度、强度出发，连杆体与连杆盖的剖分面一般均垂直连杆轴线，称为平切口连杆。不过，从内燃机装拆方便性出发，要求连杆大头在拆卸连杆盖后应能通过所缸孔，即B

图

3-2

平切

口连

杆的

基本

型式

在

本

设

计

中

的某船艇用柴油机中，由于曲柄销的直径D

2=58mm,缸径D=92mm,

D

D

2=0.63＜0.65，所以采

用平切口连杆。

3.4.2 大头尺寸

大端孔径主要取决于曲柄销直径及连杆轴瓦厚度，根据《内燃机设计》要求[]1，本连杆设计的大头主要尺寸为：

连杆大头轴瓦厚度 δ=2mm,

大头孔径 D 1=58+2×2=62mm

大头宽度 b 2=36mm

螺栓矩 L 1=(1.20～1.30)D 1 取 L 1=76=1.222D 1

螺栓孔外侧边厚不小于（2～4）mm 取螺栓孔外侧边厚4mm

连杆大头高度 H 1=H 2=0.50D 1=29mm

3.4.3 大头定位方式

平切口连杆采用螺栓定位方式，可防止连杆体和连杆盖安装错位，连杆螺栓不承受剪切作用。

本设计所采用的连杆是M10类型。

3.5 过渡区

连杆的过渡区域需要较大的过渡半径。连杆小端工作时,下半部主要承受燃气的爆发压力,而上半部则承受着活塞组的往复惯性力,所以连杆小端到杆身的过渡结构对小端的强度有很大的影响,其切点处常常是应力高峰值的所在地,因此小端和大端与杆身连接处采用大圆弧过渡,一方面提高小端与大端的刚度,另一方面也减少了这些地方的应力集中。

3．6连杆螺栓的设计

连杆上的螺栓数目是2，根据汽缸直径D 粗算螺栓螺杆的螺纹直径M d 根据统计

D d M )12.01.0(-=,取mm D d M 12.1011.0==，根究国家标准，选用M10的标准六角螺

栓。

连杆螺栓一般用45Mn2、40Cr 、35CrMoVA 、18CrNiWA ，螺母用35、45、40Cr 、40MnB 等。本连杆螺栓采用40Cr 制造，螺母采40MnB 制造。具有良好的抗拉强度和硬度。

3.7 本章小结

本章内容是本论文的关键部分，概据已知的BJ492QA 型汽油机性能特点，严格按照《内燃机设计》（杨连生版），进行该汽油机连杆的设计，选定了连杆的结构型式、大小头及杆身的结构和尺寸，以及润滑方式、定位方式等，是以下几章三维建模和计算校核的基础。