连杆组零件参数的选择

柴油机连杆组设计
内燃机的连杆组包括连杆体,连杆盖，连杆轴瓦和连杆螺栓。

而连杆体有常分为连杆小头，杆身和大头三部分。

连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的力传给曲轴。

连杆的设计
一．连杆的工作情况，设计要求和材料选用
（一）工作情况
连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲轴销相连和曲轴一起左旋转运动。

因此，连杆体除了上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动。

连杆的基本载荷是拉伸和压缩。

1.最大的载荷出现在进气冲程开始的上止点附近，其数值为活塞组和计算断面以上那部分
连杆质量的往复惯性力
2.最大压缩载荷出现在膨胀冲程开始的上止点附近，其数值是爆发压力产生的推力减去前
述的惯性力
3.此外，由于连杆是一细长杆，在压缩载荷作用下，还会引起平行于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。

制造连杆时，若有初始弯曲和偏心，以上情况更为加剧。

（二）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。

如果强度不够，就会产生连杆螺栓，大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。

同样，如果连杆组刚度不足，也会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响。

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，因为连杆的重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强度和刚度。

为此，必须选用高强度的材料；合理的结构形状和尺寸；采用提高强度的工艺措施等。

（三）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模锻，只有在特别强化且产量不太大的柴油机中用40Cr等合金钢。

二．连杆长度的确定
设计连杆时首先要确定连杆大小头孔间的距离，即连杆长度l。

它通常是用连杆比λ=R(曲柄半径)／l（连杆长度）的说明的，λ值越大，连杆越短,则发动机总高度或总宽度越小。

所以为使发动机紧凑轻巧，现代高速发动机设计中的总趋势是尽量缩短连杆长度。

但是连杆缩短会引起活塞侧压力加大，可能增加活塞与气缸的摩擦和磨损。

所以为使发动机的结构紧凑，最合适的连杆长度应该是，在保证连杆及相关机件在运动时不与其他机件相碰的情况下的最短长度。

所以连杆长度l和连杆比λ可参考下图可得。

▲选取λ=0.30
L=192
查柴油机设计手册表8-1可得:R /L =0.30 d /D=
上式各符号见图：
二．连杆小头的设计
（一）小头结构形式
选择如图：
此种结构简单，制造方便，材料能充分利用，在小型高速机上广泛应用。

（二）小头结构尺寸
小头主要结构尺寸为连杆衬套内径d和小头宽度b1(通常小头和衬套制成同样的宽度)。

b1取决于活塞销座间隔b和连杆小头的端面间隙△1，即b1=b-△1。

这些尺寸在活塞组设计时已经基本确定了，这里需要校核一下小头轴承的比压，可按下式计算：
q=P z／db1
式中P z—最高燃气作用力，P z=p z*∏／4D^
d—衬套内径
b1—衬套支撑长度
所以，易求得q= kgf／cm^
而q得许用值与衬套材料，润滑条件等因素有关，其一般数值如下：
高速柴油机青铜衬套≦630 kgf／cm^
强化柴油机≦800 kgf／cm^
所以青铜衬套小头比压合格
连杆主要尺寸比例范围大致如下：
d=（0.28-0.42）D
&=（0.04-0.08）d
b1=(0.9-1.2)d
d2=(1.2-1.4)d1(d1为小头内孔直径)
初步选定d=40 &=2 b1=
d2= b= d1=
（三）连杆衬套
1．衬套与小头孔的配合
衬套与小头孔为过盈配合，常用jd，je，jb3，jc3等。

青铜衬套与活塞销的配合间隙△大致在（0.0004-0.0015）的范围内
所以选△=0.001d=
2.衬套的润滑方式
在小头上方（或两侧）开有集油孔或集油槽进行润滑。

靠曲轴箱中的油雾进行润滑，润滑油的均匀分布可通过衬套上开布油槽来达到。

3．衬套材料
锡青铜ZQSn5-5-5
（四）连杆杆身
高速柴油机连杆杆身广泛采用工字型截面。

工字型截面的长轴y-y处于连杆的摆动平面内，使杆身截面对垂直于连杆摆动平面的x轴的惯性矩Jx大于位于摆动平面的y轴的惯性矩Jy，一般Jx=（2-3）Jy，这样符合杆身实际受力情况，并有利于杆身向大，小头过渡。

某些连杆杆身宽度较小，而底板与筋板的过渡圆角较大，这虽然牺牲了垂直于摆动平面的刚度，但可延长锻模寿命，锻件毛坯尺寸较准确，重量较轻。

批量小而尺寸大的工字型杆身也可用自由锻造再经机械加工而成。

工字型截面杆身尺寸参阅柴油机设计手册表8-1选取。

多数连杆杆身仅高度H 变化，而宽度B不变，统计表明，Hmax∕Hmin=1.04-1.25.
连杆杆身的最大拉应力一般发生在杆身与大小头圆角过渡处，最大压应力发生在杆身中部。

选取范围：杆身直径 d=（0.25-0.35）D
杆身内孔直径 do=(0.2-0.5)d
所以H=33mm,B=23mm,t=5mm
（五）连杆大头
1.大头结构型式
大头选择平切口形式，特点：1.连杆易于加工，大头刚性好；2.连杆螺栓不受剪切作用；3.大头横向尺寸较大，曲柄销直径加大受限制；4.在杆身与大头圆弧过渡区需制成螺栓头的支撑面，对该处强度有影响。

(在小型高速柴油机上广泛使用)
2.大头尺寸
(1).连杆大头尺寸主要取决于曲柄销直径D2,长度L2及连杆轴瓦厚度﹠′和连杆螺栓直径dm。

D2,L2, ﹠′等尺寸，由曲轴和轴承设计决定，dm则根据强度要求设计。

(2).为使活塞连杆组能从气缸中装拆，要求大头的最大横向尺寸小于气缸直径。

(3).连杆螺栓孔中心线应尽量靠近轴瓦，连杆螺栓孔中心距一般L1=（1.2-1.3）D1.
螺孔外侧边厚不小于2-4mm。

大头采用锯齿定位时，螺孔外侧至少有一个完整的受力锯齿。

(4).连杆大头高度H1，H2对大头的刚度影响较大，一般范围如下:
平切口连杆：H1=(0.41-0.58)D1;
斜切口连杆：H'1=(0.19-0.24)D1;
平切口与斜切口连杆H2=(0.41-0.58)D1.
选取：H1= D1= b2=
b= L1= ﹠′=
3．大头定位方式
定位方式：螺栓定位
特点：用连杆螺栓定位带定位，以防止连杆体和连杆盖安装时错位，
连杆螺栓不承受剪切作用于平切口连杆。

4．连杆大头的加强方式
1）连杆盖上设置各种加强筋，如图：
2）螺栓头支撑面或螺母支撑面要圆弧过渡，避免加工尖角，可采用锻造圆角或圆弧沉割来减少应力集中，但必须尽量提高圆弧沉割处的光洁度。