第二章第三节 连杆组

第三节连杆组

连杆是活塞（或十字头）与曲轴之间的连接件，它把作用于活塞上的气体压力传递给曲轴，并把活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动。

连杆本身进行着复杂的平面运动。连杆的受力情况也比较复杂，在四冲程柴油机中由活塞组传给连杆的气体压力和往复惯性力的合力是大小和方向都在周期变化；而在低速二冲程柴油机中是始终使连杆受压，只有大小的周期变化。此外，在连杆摆动的平面内，还要受到连杆本身运动所产生的惯性力引起的交变弯曲力矩的作用。

因此，连杆在保证强度和刚度的前提下，应尽量减轻质量。

一般连杆都是采用中碳钢或合金钢，用自由锻造或模锻毛坯制造。

1．连杆杆身

连杆杆身截面形状如图2-25所示。由自由锻造毛坯制成的圆柱形截面杆身，主要用于【小批量生产的大中型】柴油机中，具有质量大和材料利用不合理的缺点。〖矩形截面比上述者稍好。〗工字形截面在其摆动的平面内有较大的截面惯性矩，【使其压杆的稳定性与其垂直平面相同，】质量小，材料利用合理，通常采用模锻毛坯，适用于大批量生产的中、高速柴油机。

图2-25 连杆杆身截面形状

为使应力分布均匀，连杆杆身应当从小端到大端逐渐加粗，如图2-26所示。为了避免应力集中，杆身与大、小端的过渡处应当尽量平缓。

连杆杆身中常钻有油孔（如图2-25d、e所示），作为把润滑油从大端输送到小端、润滑连杆小端轴承和冷却活塞的通道。

2．连杆小端

连杆小端是活塞销的轴承，小端孔内压入锡青铜衬套或浇有轴承合金的卷制衬套。

图2-27 连杆小端的结构形式

连杆小端的主要结构形式如图2-27所示。圆柱形连杆小端（图a））用于工字形杆身由模锻而成，〖球形连杆小端（图b））用于圆形杆身由自由锻造毛坯车削加工成型。

由于四冲程柴油机的连杆小端上部要承受往复惯性力的拉伸作用，因此，有用偏心圆弧（图c））来增加顶部中央截面抗弯能力的结构。〗图d）和e）是采用锥形或阶梯形活塞销座时相适应的连杆小端结构形式，其连杆小端下部主要承压面被增大。

〖在二冲程柴油机中，由于连杆所受气体压力与往复惯性力的合力的方向保持不变，轴承间隙没有更换方向的机会，因此，其连杆小端衬套内表面制有许多布油槽（图f）〗，以保证轴承内有充裕的润滑油。二冲程柴油机也有采用如图2-11所示小端为一个凸缘，用螺钉与活塞销连接的形式。〗

3．连杆大端和轴瓦

1）连杆大端的结构形式

连杆大端是曲柄销的轴承，根据拆装条件，通常都是制成上、下两半的剖分式结构，用螺栓连接而成。连杆大端的结构形式有以下几种：

（1）船用式连杆大端，如图2-28a）、图2-30所示。连杆大端与杆身分开，用连杆螺栓

紧固于连杆杆身下端凸缘上。这种结构可以通过改变杆身与大端之间的垫片厚度δ1调整连杆长度（大、小端中心距），调整压缩比，以保证各缸压缩比相同【或改变压缩比】。在大端轴承采用〖厚壁轴瓦或〗将轴承合金直接浇铸在大端孔内的情况下，大端轴承分界面间也装有垫片，调整垫片的厚度δ2，可在一定范围内调整垂直方向的轴承间隙。因其尺寸与重量大，多用于中、大型柴油机中。

（2）平切口连杆大端（车用式大端），如图2-28b）所示。连杆大端分为两半，剖分面与连杆中心线垂直，上半部分与连杆杆身为一体。这种结构质量轻，加工方便〖，曲柄销直径与气缸直径之比在0.72以下〗。常用于中、小型柴油机中。

图2-28 船用式和平切口式连杆大端

筒状活塞式柴油机通常是将连杆与活塞预先组装后一起通过气缸装入柴油机内，因此，连杆大端的宽度就必须小于气缸直径。但是，随着柴油机强化程度的不断提高，为了保证曲轴的刚度、强度和连杆大端轴承承压面积足够，就必须增大曲柄销直径与缸径的尺寸比例，这又必然引起连杆大端宽度增大。〖在保证平切口连杆大端宽度小于气缸直径的前提下，如图-29b〗所示，用增加连杆螺栓数目，缩小螺栓直径来增大曲柄销直径的相对尺寸也是有限度的。〗

（3）斜切口连杆大端【属车用式大端】，如图2-26和图2-29a）所示，采用斜切口连杆大端即使将曲柄销直径增大到气缸直径的0.85倍，仍然可以保证活塞连杆组通过气缸进行装拆。但沿剖分面的切向力F CT却要使连杆螺栓受到剪切。为了使连杆螺栓不受剪切，连杆大端必须采用能够承受切向力的定位方式。通常采用舌榫和锯齿的定位方式。

〖舌榫（见图2-29a）中2）具有较大的抗剪切能力，但它要求接合面有较高的贴合度。这种定位方式多用于中小型柴油机中。〗

锯齿定位（见图2-29）a）中1）是目前应用最多的一种定位方式，它有较多的抗剪切断面，抗剪切能力强，但必须保证有足够高的齿形精度和贴合度。

【随着强化程度的提高，曲柄销直径与气缸直径之比还必须增大，】如果采用图2-29c）所示的船用式连杆大端结构，大端的宽度可以不受气缸直径的限制。【新型筒状活塞式柴油机广泛采用这种形式。】

2）轴瓦

连杆大端轴承常用薄壁轴瓦，【低速柴油机】也有〖×厚壁轴瓦或〗将轴承合金直接浇铸在船用式连杆大端的内表面。【厚壁轴瓦在连杆大端已不用，仅在低速机主轴承采用，MC 最新机型主轴承也改用薄壁轴瓦。】

厚壁轴瓦由低碳钢〖或青铜〗制成瓦背，在其内表面上浇轴承合金，轴瓦厚度t较厚，〖和轴承直径D的比值t/D在0.065以上，〗轴承合金层【往往较厚】，厚度常在0.75～2mm。由于瓦背厚度大、刚性好，轴瓦本身可以保证轴承孔的尺寸和几何精度，对大端孔的加工精度要求较低；轴瓦与轴颈的配合间隙须经〖常〗单件刮配保证，适用于小批量或单件生产，目前仅在〖个别〗大型低速柴油机【的主轴承】中应用。当轴瓦磨损使轴承间隙过大时，可以把装在轴承瓦口平面间的调隙垫片抽去一些，再刮配轴瓦达到合适的配合间隙。【这种轴瓦的轴承合金都用质软的低疲劳强度的白合金，加上轴承合金层很厚，因而容易产生疲劳损坏。】为了防止轴瓦在座孔内移动，可用销钉定位。

薄壁轴瓦通常由浇铸或轧制轴承合金的钢带制成〖，其t/D在0.02～0.065之间〗。【薄壁轴瓦的特点不仅其壁薄，而且其减磨合金层也很薄。即使是中速大功率柴油机的薄壁轴瓦，其减磨合金层厚度达到0.7~0.8毫米的已渐减少，目前趋于采用厚度只有0.2~0.4毫米的合金层厚度。因为这有利于提高轴瓦合金层的疲劳强度。】这种轴瓦薄且富有弹性，【轴瓦的内孔圆度（在自由状态下）不予控制。】轴瓦与轴颈以及大端孔的配合精度由轴颈和大端孔的加工精度以及轴瓦壁厚精度保证。因此，具有制造精度高，互换性好；合金层厚度薄，疲劳强度高，承载能力强，寿命长等优点。广泛应用于各种类型柴油机中，【包括新型十字头式柴油机的连杆大端轴承】。薄壁轴瓦常用定位唇（在尺寸较大的轴瓦中也有用定位销）定位，【并且利用自由状态时瓦口的弹张量（见补图2-14）和轴瓦周长的过盈量（又称压瓦余高）（见补图2-15）在装配后使瓦背紧贴于座孔表面，以保证良好的导热性能和防止相对移动。装配时不允许刮削，也没有调整垫片。轴承副配合间隙磨损超差后只能用更换轴瓦的办法予以恢复。】