连杆机构的应用

连杆机构在生产实际中的应用

刘赛学号：020

连杆的最新应用包括以下三个方面

1.工艺方面——裂解工艺

连杆是发动机上的关键零件，在高频率疲劳载荷下作，对强度有较高的要求。连杆属于较难锻造与加工的一种零件，对其制造方法及技术，国内外都给予了极大的关注，连杆裂解（也称连杆胀断、撑断）加工新工艺是20世纪90年代初发展起来的一种连杆加工新技术，该种新工艺与装备从根本上改变了传统的连杆加工方法，是对传统连杆加工的一次重大变革。连杆裂解技术的原理是根据材料断裂理论，首先将整体锻造的连杆毛坯大头孔人为加工，形成初始断裂源，然后用特定方法控制裂痕扩展，达到连杆本体与连杆盖分离的目的。其裂解加工过程见下图

(a)初始断裂源 (b)裂解 (c)杆、盖分离

(a)在连杆锻造毛坯大头孔内，预先加工出裂解槽，形成初始断裂源；

(b)在裂解专业设备上首先对连杆大头内孔侧面施加径向力，使裂纹由内孔向外不断扩展直至完全裂解；

(c)连杆盖从连杆本体上分离出来。利用断裂面犬牙交错的特征，在裂解专业设备上，再将裂解分离后的连杆盖与本体精确复位，最后在断裂面完全啮合的条件下，完成上螺栓工序及其它后续与传统工艺相同的切削加工工序。

裂解加工工艺流程：

粗磨连杆两侧面→精镗大小头孔、半精镗小头孔→钻、攻螺栓孔→钻油道孔洗→拉削裂

解槽、裂解、装配、压衬套、精整衬套、倒角→精磨两侧面→半精镗、精镗大小头孔→铰珩连杆大小头孔→清洗→终检。

裂解工艺的经济性

裂解工艺改变了连杆加工的关键生产工序，以整体加工代替分体加工，省去分离面的拉削与磨削等工艺，降低螺栓孔的加工精度要求，从而显著地提高生产效率，降低生产成本，增加经济效益。据于永仁《连杆裂解工艺》文献介绍，裂解加工技术的应用，可减少机械加工工序60%，节省机床设备投资25%，减少刀具费用35%，节省能源40%，还可减少占地面积、减少废品率等，其经济效益十分显著。此外连杆裂解技术还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆、盖的定位精度、装配质量大幅度提高，对提高发动机整体生产技术水平具有重要作用。

2.汽车方面——瓦特连杆

瓦特连杆是由英国传奇发明家兼工程师詹姆斯-瓦特所发明的。

别克英朗，奔驰A级，B级车均采用这种结构，用于扭力梁悬架上，以此来减少后轮侧向力对车轮前束的影响。也减少了在转弯时侧向力产生的离心，使两侧车轮受力始终与路面保持最适宜的接触，达到最佳的附着力。一方面提高了车辆的驾乘舒适性，也加强了车辆循迹性。

一套三链杆组成的中央控制臂被安置在一个铝制方形封盖后方，当控制臂被从左边推动，

它就向右边拉动，反之亦然。这样的话，车子的动力就在左右轮中得到了很好的平衡。当汽

车在转向的时候，离心力会作用在车轮上。瓦特连杆的作用就是平衡两边车轮上的这些离心力，将这些力反转到另一边。这样，两边车轮就能始终与路面保持最适宜的接触，而汽车在转向时也就能变得更加灵活。配备了欧宝专利技术的瓦特连杆之后，从实际的操控效果来看，完全不亚于配备普通独立悬挂的后轴车型。扭力杆保证了汽车在转向时，垂直作用力能够被平均地分配作用到两个后轮。这是通过轮轴的轻微扭曲(扭矩)来完成的，其自身的特性让这个过程成为了可能。

3. 材料方面

连杆不仅在工业上得到很多最新应用，在其材料方面也有。 20世纪末，国内的企业根据各自不同的需求，先后开发了不同牌号的钒系、锰铬系及在此基础上衍生的锰钒氮系连杆用非调质钢典型的有38MnVS、40MnV、48MnV等，但由于其强度级别小于900MPa，故在一定程度上已经满足不了发动机的高强化和高爆发压力的要求。在这种情况下，国外（主要是德国）率先研制了以C70S6BY为代表的高碳非调质钢，其强度好、材料纯度高，更重要的是可适应连杆孔分离面涨断工艺的需要；而法国也相应研制了SPLITASCO系列高碳钢，其成分与C70S6相比只是为了提高可加工性能，对P、S等微量元素的含量做了进一步调整。为了进一步提高材料的疲劳强度，欧洲公司在C70S6基础上进一步增加C元素、V元素

的含量，并添加了相应含量的Mo，开发了70MnSV4与80MnS5等牌号的微合金钢，经测试其疲劳强度比C70S6提高了10%～15%，但是由于合金元素的加入使连杆的加工性能受到一定的影响，目前上述两种材料只是在欧洲的几家产量较大的公司应用。为了节省毛坯制造环节中的能耗，提高材料利用率以及简化机械加工中的制造工序，国外还采用粉末烧结锻造工艺

生产汽车发动机连杆；用钛合金制造汽车发动机连杆，可大幅度地减轻连杆的质量；颗粒增强铝基复合材料因采用价格低廉的陶瓷颗粒作增强相，是金属基复合材料中价格唯一被汽车行业所接受的类别。目前，采用压力浸渗工艺生产的50%SiCp增强铝基复合材料已达到弹性模量为2×105N/mm2、弯曲强度为800N/mm2、弯曲疲劳强度为200N/mm2的性能指标，极具应用前景。

未来连杆的发展趋势

综合连杆的应用，连杆在汽车方面是连杆未来发展最主流的势头。连杆是汽车发动机中的重要零件。连杆最大的应用市场在于汽车工业。中国是全球汽车生产和消费大国。我国汽车产量快速增长，占世界汽车总产量的比重也在快速提升，我国汽车工业在世

界的地位正快速加强。汽车工业的快速发展，零部件国产化逐步提升，也给我国汽车零部件产业带来巨大的市场空间与发展机会。

《2010-2013年新经济形势下连杆产业运行及投资战略深度研究报告》、《2010-2013年中国连杆市场分析投资价值研究报告》、《2011-2015年中国发动机连杆行业发展趋势与投资商机研究报告》等报告都详细分析了近几年国内连杆行业市场的产销状况和重点企业的发展运营状况，并对未来三年连杆行业的市场供需状况、竞争格局进行了预测分析。可见未来几年内连杆在汽车上的应用会得到质的飞跃。我们尽情期待！

参考文献

[1] 崔建英《连杆几何参数测量方法综述》2008

[2] 黄河《平面连杆机构通用分析程序的研究与开发》2008

[3] 程峰.李强.梁晓娟.李西秦《ABAQUS在发动机连杆分析中的应用》2008

[4] 华裕良《虚拟凸轮连杆组合机构的运动分析与动态仿真》2009

[5] 王远.朱会田.谷叶水《基于有限元法的发动机连杆疲劳强度分析研究》2010

[6] 郑黎明.杨慎华.寇淑清.邓春萍《裂解连杆螺栓装配机床的动力学仿真及试验》2010