(整理)06__连杆组设计.

6 连杆组设计

内燃机的连杆有整体式连杆和剖分式连杆两种。由于连杆体的型式与曲轴的型式相匹配，而摩托车发动机上普遍采用组合式曲轴。因此，本设计中选取整体式连杆。

6.1 连杆的设计

6.1.1 连杆的工作条件、设计要求和材料的选择

1、工作条件

连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起作往复运动，连杆大头与曲柄相连，和曲轴一起作旋转运动。因此，连杆体除了有上下运动外，还有左右摆动，作复杂的平面运动。连杆的基本载荷是拉伸和压缩。最大拉伸载荷出现在进气冲程开始的上止点附近，最大压缩载荷出现在膨胀冲程开始的上止点附近。此外，由于连杆是一细长杆件，在压缩载荷作用下，还会引起平行和垂直于曲轴轴线平面内的弯曲。两种弯曲都会给杆身以附加弯曲应力。连杆摆动的角加速度和转动惯量而产生的惯性力矩，也使连杆承受附加弯矩。

2、设计要求

根据以上分析可知，连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。因此，在设计时应首先保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度。经验表明，对强化不高的发动机来说，刚度比强度更重要。

很显然，为了增加连杆的强度和刚度，不能简单地依靠加大结构尺寸来达到，因为连杆质量的增加使惯性力相应增加，所以连杆设计的一个主要要求是在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度和强度。为此，必须选用高强度的材料；合理的结构形状和尺寸；采取提高强度的工艺措施等。

3、材料的选择

为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，一般多用精选含碳量的优质中碳结构钢45钢模锻，在机械加工前应经调制质处理，以得到较高的综合机械性能，既强又韧。为了提高连杆的疲劳强度，不经机械加工的表面应经过喷丸处理。连杆还必须经过磁力探伤检验，以求工作可靠。

6.1.2 连杆长度的确定

为使发动机结构紧凑和轻量化，应当根据发动机的总体布置，保证连杆在运动时不与其它机件相碰的条件下具有最短长度。通常连杆长度l以λ=r/l来衡量，常用范围为1/4～1/3。r=s/2=22㎜，则l=66.00～88.00㎜，取l=70㎜，则λ=0.31。

由于连杆长度的偏差直接影响发动机的压缩比和装配关系，所以

连杆长度的制造公差要控制在±0.05～0.1㎜范围内。

连杆的主要结构尺寸如图6-1所示。

6.1.3 连杆小头的结构设计

本设计采用浮式活

塞销，连杆小头在传力过

程中相对于活塞销往复

摆动。为了耐磨，在销头

孔内压入耐磨青铜衬套。

连杆小头为薄壁环

形结构，顶端有油孔，使

润滑油经小孔润滑连杆

小头轴承和活塞销。设计

连杆小头的主要任务是

确定其结构尺寸（小头轴

承孔直径d

1和宽度B

1

、衬

套外径d、外形尺寸D

1

）

和润滑方式。

连杆小头结构尺寸确定如下：

小头轴承孔直径d

1在活塞组中已确定，

d

1

=15㎜；

小头轴承孔宽度B

1

：

B

1

=（ 1.2～ 1.4）

d

1

=18.00～21.00㎜，取

B

1

=18㎜

衬套外径d：

d=（ 1.05～ 1.15）

d

1

=15.75～17.25㎜，取d=16㎜

连杆外形尺寸D

1

：

D

1=（1.2～1.35）d=19.2～21.6㎜，取D

1

=20㎜

实践表明，连杆小头到杆身的过渡部分是薄弱部位，该处的应力集中较大。为了缓和应力集中，可采用二段或三段圆弧过渡。

连杆小头的平衡取重凸台可根据加工方便，设在上面或侧面。

为了耐磨，小头孔中以一定过盈量压入耐磨衬套，衬套采用耐磨锡青铜铸造。衬套与活塞销的配合间隙应尽量小，以不发生咬合为原

则。一般Δ=（0.0002～0.0015）d

1=0.003～0.0225㎜，取Δ=0.02㎜。

图6-1 高速内燃机的主要结构参数

图6-1 高速内燃机的主要结构参数

连杆小头轴承由于比压大，润滑速度低，一般不可能造成理想在液体润滑。本设计中连杆小头采用飞溅润滑，这是因为载荷的交变性引起活塞销相对连杆上下移动，这个泵吸作用可以促成油膜恢复，故在连杆小头合衬套上应设有油孔或油槽。

6.1.4 连杆杆身的结构设计

杆身也承受交变载荷，可能产生疲劳破坏合变形，连杆高速摆动时的横向惯性力也会使连杆弯曲变形。因此连杆杆身必须有足够的断面积，并消除产生应力集中的因素。

连杆杆身的断面采用“I”字形结构，这样能在足够的强度和刚度下获得最小的质量。杆身断面从小头到大头逐渐增大，这是由杆身的受力情况决定的，而且杆身两头分别与小头、大头作圆滑过渡，这样既可避免应力集中，又能达到传力均匀。

“I”字形断面的长轴应在连杆摆动平面内，其平均相对高度H/D=0.2～0.3，即H=（0.2～0.3）D=10.8～16.2㎜，取H=12㎜，高宽比H/B=1.4～1.8，则B=8.33～10.71㎜，取B=9㎜。根据

H max /H

min

=1.0～1.3，则取H

max

=13㎜，H

min

=11㎜。

6.1.5 连杆大头的设计

连杆大头联接连杆和曲轴，要求有足够的强度和刚度，否则将影响薄壁轴瓦，甚至整机工作可靠性。为了维修方便，连杆必须能从气缸中取出，故要求大头在摆动平面内的总宽必须小于气缸直径。在设计连杆大头时，应在保证强度、刚度条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。

连杆大头有两种形式，一种是整体式，另一种是分开式。由于摩托车发动机普遍采用组合式曲轴，且整体式连杆与组合式曲轴配套使用，所以本设计中采用整体式连杆。

连杆大头的结构尺寸确定如下：

大头孔直径d

2

：

d

2=（0.55～0.63）D=29.70～34.02㎜，取d

2

=31㎜

大头孔轴承直径D

2

：

D

2=（0.42～0.55）D=22.68～29.70㎜，取D

2

=30㎜

大头孔外径D

：

取壁厚为5㎜，则D

0= D

2

+2×5 =40㎜

大头宽度B

2

：

B

2=（0.4～0.65）d

2

=12.4～20.15㎜，取B

2

=18㎜

6.2 连杆组的校核6.2.1 连杆质量的估算