连杆设计

五、连杆材料：
连杆材料的选择就是要保证在结构轻巧的条件下有足够的刚度 和强度。所以一般有如下材料可供选择：
(1)中碳钢(45钢，40钢)、中碳合金钢(40Cr，40MnB，40MnVB) 锻造后进行调质，机械加工后探伤。现在连杆辊锻工艺已经很成熟， 不需要大的锻压设备，制造成本更低。
(2)球墨铸铁 其硬度在210～250HBW之间，具有300～ 500N/mm2的抗弯强度，与中碳钢差不多。
(3)铸铝合金 它主要用于小型发动机。
第二节 连杆的设计
一、主要参数的选择
1．连杆长度 l 用连杆比λ=R/ l 来说明。
连杆长度l的校核： 1)连杆摆角口角最大时，连杆是否碰气缸套下沿。
2)活塞处于下止点时，曲轴平衡重是否碰活塞裙部。 3)连杆长度精度—±0.05～±0.1mm。（连杆长度直接影响压缩 比的精度）
q Fg q
d1B1
对于汽油机，[q]≤62MPa；对于柴油机，[q]≤85～90MPa。
3. 连杆大头孔径D'2 ，和宽度B2。
连杆大头的孔径和宽度由曲柄销的直径D2 ，和长度确定
D'2 = D2 + 2δ2 ： 式中，δ2为连杆轴瓦的厚度，对于汽油机，δ2 =1.5～2mm，对 于柴油机，一般δ2 =2～3mm。
汽车用发动机的连杆大头与大头盖通常都是分体式结构，大多数 采用平切口形式，一些柴油机由于连杆轴颈较粗，采用斜切口形式， 主要是为了保证大头外径尺寸小于气缸直径，即大头外径尺寸
B0<D(气缸直径)，以实现安装。
二、连杆的结构分析与计算
（一）连杆小头
（1）结构形式： 浮式活塞销—— 工作时销自由转动，磨损均匀。 润滑 方式——飞溅润滑为主（连杆小头顶部及两侧均开有
例如，连杆大头的变形使连杆螺栓承受附加弯曲力；大头儿的失圆使连杆 轴承的润滑受到影响；杆身在曲轴轴线平面内的弯曲，使活塞在气缸内倾斜，造 成活塞与气缸以及连杆轴承与曲柄销的偏磨，造成活塞组与气缸间漏气、窜机油。
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 连杆重量的增加导致惯性力相应增加，所以连杆设计的总体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，设计合理的结 构形状和尺寸，采取提高强度的工艺措施等。
即
d1 = d+2δ1 式中，d 为活塞销直径； δ1为连杆小头衬套
厚度，采用锡青铜衬套δ1 =2～3mm，采用冷轧青铜带或钢背-青铜
双金属带卷成的薄壁衬套，厚度仅为0.75mm，可以使结构更加紧
凑。
汽油机的连杆小头宽度B1 =(1.2～1.4) d1，柴油机的B1≈ d1。 对小头孔径要进行比压校核，即:
第三章 连杆组设计
第一节 概述
一、组成：连杆体(小头、杆身、连杆大头)、连杆盖、
连杆螺栓、连杆瓦、小头衬套。
二、功用：连杆组将活塞上所受的力传递给曲轴变成转
矩，同时将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。
三、工作情况：
运动形式
➢连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起作往复运动； ➢连杆大头与曲柄销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，还左右摆动，作复杂 的平面运动。
P
( t ) / d
1
( D12
d2
)
1
d2 (
d12
)
E D12 d 2
E d 2 d12
•式中：Δ—衬套装配过盈 Δ=0.056mm；
1）由衬套过盈装配及温升引起的受热膨胀产生的小头应力 把小头的衬套当作两个过盈配合的圆筒，则在两零件的配合表面， 由装配过盈Δ和温升引起过盈Δt所引起的径向均布压力为：
P
( t ) / d
1
( D12
d2

)
1
d2 (
d12
)
E D12 d 2
E d 2 d12
油口，这样可利用油环刮下的润滑油润滑） （2）危险截面：
固定角φ：指的是从连杆大小头孔中心线到小头与杆身的切 点的角度 。固定角越大，应力峰值越高。当 φ=90° ，时，应力峰
值最小。 （3）改进方法：
① 对强化发动机增加一过渡圆角半径R1，使 φ =90° 。
② 对增压机型，在连杆下部增加一圆弧凸台。（注意：对高速 汽油机圆弧凸台应设置在连杆小头的上方） （4）小头衬套
λ常用范围为1／4～1／3.2 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。目前λ值已大到1／3.2 。
λ↑连杆长度↓整机高度↓重量↓连杆质量↓平衡性能↑，连杆刚度↑ 可靠性↑，但侧压力↑缸套变形和磨损↑
图2-1 连杆基本参数
2．连杆小头孔径d1和宽度B1
连杆小头孔径d1和宽度B1 ，由活塞销直径确定，
为防止活塞销咬死，在连杆小头内装有连杆小头衬套，且过盈 装配。
（5）连杆小头的强度校核
连杆小头在最大惯性力的作用下产生纵向伸长的椭圆变形，在最高燃 气压力作用下产生横向伸长的椭圆变形。由于一般连杆采用单圆弧过渡， 最大应力发生在小头到连杆杆身的过渡处。在这里有危险截面，固定角 大约120度左右，其总的应力值为动应力和静应力之和。
受力情况
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，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。
Leabharlann BaiduF'j=(m'+m'1)(1+λ)rω
式中， m'、m'1 分别为活塞组和计算断面以上那部分往复运动的连杆质量
对于四冲程发动机来说，同样是上止点，排气上止点(α=0°)、 压缩上止点(α = 360°)的连杆受力是不一样的。 α = 0°时，Fg=0，Fj=Fjmax，FL=-Fj α = 360°时，Fg≈Fgmax ， Fj=Fjmax ， FL= Fgmax - Fjmax 其中，Fg和Fgmax为气压力和最大气压力，FL为连杆力，Fjmax为最 大往复惯性力。
四、设计要求
总体设计要求——在尽可能轻巧的结构下保证足够的疲劳刚度和结构强
度。
受力分析：连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的周期性交变载
荷。
强度、刚度不足带来的后果：
➢ 如果强度不足，就会发生连杆螺栓、大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。
➢ 如果连杆组刚度不足，对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响。