4110柴油機連桿設(shè)計及有限元分析【全套CAD圖紙和畢業(yè)答辯論文】

買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 最新最全機械畢業(yè)資料 答辯優(yōu)秀 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 4110 柴油機連桿設(shè)計及有限元分析 系部名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 07 學(xué)生姓名： 高 衡 指導(dǎo)教師： 朱榮福 職 稱： 講 師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 附件：畢業(yè)論文排版示例 項目名華文中宋四號字，填加文字楷體_間加一個空格，居中加黑，日期不加黑 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 最新最全機械畢業(yè)資料 答辯優(yōu)秀 s f 4110 011文封面示例，同前 外文封面示例，字號與中文對應(yīng) 外文封面示例，字號與中文對應(yīng) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 本文 以 4110柴 油機 的 相關(guān)參數(shù)作為參考， 對四缸 柴 油機的連桿進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計 和尺寸 計算，并對 連桿進行了 運動學(xué)和動力學(xué)的理論分析 ，最后運用 進行三維建模運用 首先，以運動學(xué)和動力學(xué)的理論知識為依據(jù) ， 對連桿的運動規(guī)律以及在運動中的受力等問題進行詳盡的分析 ， 并得到了精確的分析結(jié)果 ， 同時對連桿用材料進行了比較與分析 。其次分別對 連桿大頭 、連桿 桿身 以及 連桿小頭進行 結(jié)構(gòu)設(shè)計 及尺寸計算，并進行了結(jié)構(gòu)強度和剛度的校核。再次，應(yīng)用 件： 軟件 建立了連桿的 三維 幾何模型，在此工作的基礎(chǔ)上， 又對靜力作用下對連 桿的兩種特殊工況；拉伸、壓縮工況下進行了受力計算，再將連桿三維幾何模型導(dǎo)入 格劃分、施加約束和載荷，最后進行計算以達(dá)到對連桿進行強度校核的目的。 關(guān)鍵詞 ： 柴油機 ；連桿； 強度校核； ； 文摘要示例 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 110 as of e- on to E of on of in a of on by on of AD E to a of on in on on is in to of ； 文摘要示例 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 . . 第 1 章 緒 論 . 1 題的目的和意義 . 1 內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 . 2 . 4 第 2 章 連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 . 5 桿的運動和受力分析 . 5 桿的結(jié)構(gòu)分析 . 5 連桿的工作條件和設(shè)計要點 . 6 桿的材料性能及特點 . 6 桿基本參數(shù)的確定 . 7 桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 8 頭結(jié)構(gòu)型式 . 8 . 8 . 9 . 9 . 9 . 9 桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 10 頭結(jié)構(gòu)型式 . 10 . 10 桿螺栓的設(shè)計 . 10 章小結(jié) . 11 第 3 章 連桿的強度、剛度計算 . 12 . 12 . 14 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 . 14 度校核 . 17 . 18 . 19 . 19 第 4 章 連桿三維模型的建立及有限元分析 . 20 立連桿大小頭及桿身 . 20 . 20 . 20 . 21 . 21 . 22 立連桿大頭部位凸臺 . 22 . 23 . 23 . 24 . 24 . 25 算工況的選擇 . 25 桿載荷的計算 . 25 . 27 . 29 桿應(yīng)力分析 . 29 . 29 . 34 . 39 章小結(jié) . 40 結(jié) 論 . 41 參考文獻 . 42 致 謝 . 43 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 附 錄 . 43 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 題的目的和意義 內(nèi)燃機自十九世紀(jì)后期出現(xiàn)以來，經(jīng)過一百多年的不斷 研究和改進，已經(jīng)發(fā)展到比較完善的程度，它以熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬廣、比重量較小的優(yōu)點，在動力機械中占有極其重要的地位，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟和軍事裝備的各個領(lǐng)域 1。 連桿是內(nèi)燃機中的重要的傳動零件之一，其作用是連接活塞與曲軸，將作用在活塞上的力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，對外輸出做功。連桿小端工作時作往復(fù)運動，大端作旋轉(zhuǎn)運動，桿身作復(fù)雜的平面運動，因此連桿的受力情況十分復(fù)雜。連桿是內(nèi)燃機中承受負(fù)荷最嚴(yán)重的零件之一，工作時同時承受著活塞傳來的氣體壓力、往復(fù)慣性力和它本身擺動時所產(chǎn)生的慣 性力的作用，這些力的大小和方向周期性變化。在長期使用中，連桿會因活塞的劇烈推力和曲軸的高速運轉(zhuǎn)等因素，出現(xiàn)彎曲和扭曲現(xiàn)象。連桿一旦出現(xiàn)彎曲和扭曲，除了會使活塞拉缸外，還會致使活塞、氣缸、曲軸等機件出現(xiàn)不正常磨損，并很容易引起疲勞破壞而斷裂，導(dǎo)致發(fā)動機故障，直接關(guān)系到使用人的安全，造成極嚴(yán)重的后果。 以往，連桿的的制造以鑄造法和鍛造法為主； 20 世紀(jì) 80 年代以來，由于采用粉末鍛造法大批量生產(chǎn)的粉鍛連桿具有力學(xué)性能優(yōu)、尺寸精度高、質(zhì)量較輕及質(zhì)量偏差很小等特點，因而相繼在發(fā)達(dá)國家快速發(fā)展，逐漸取代鑄造和鍛造連桿。而 高密度燒結(jié)法制造連桿也快速發(fā)展，并具有良好的力學(xué)性能。 現(xiàn)今隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是各種分析軟件的日益成熟，在發(fā)動機研制開發(fā)過程中，對其零部件進行計算機數(shù)值模擬已成為輔助設(shè)計的重要手段。目前，有限元法已日趨成熟實用，所應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣并發(fā)揮著越來越重要的作用。有限元方法是近似求解一般連續(xù)問題的數(shù)值方法，它最先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)問題。對于一個連續(xù)體的求解問題，有限元法的實質(zhì)就是將具有無限多個自由度的連續(xù)體，理想化為只有有限個自由度的單元集合體， 單元之間僅在節(jié)點處向連續(xù)，從而使問題簡化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問題，工程設(shè)計人員使用這些系統(tǒng)，就可以高效而正確合理地確定最佳設(shè)計方案。此方法已成為工程技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的的一個強有力的計算分析工具，其在發(fā)動機零部件的設(shè)計分析中的應(yīng)用亦有了很大的進展。連桿在工作中所受的各種外載荷復(fù)雜且做周期性變化，而且，即使是同一類型的連桿，連桿與連桿之間的物性參數(shù)、幾黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 何形狀也存在差異，因此，在分析連桿的應(yīng)力和應(yīng)變時，要考慮這些不確定的因素，才能得到更符合實際的結(jié)果。這就需要用到采用傳統(tǒng)材料力學(xué)公式使得計算的結(jié)果更為精確的有 限元方法對連桿進行三維應(yīng)力應(yīng)變分析，以研究其在不同情況下的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及危險部位 2。 柴油機是目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各種動力機械中熱效率最高、能量利用率最好、最節(jié)能的機型。柴油機行業(yè)的發(fā)展對我國工業(yè)車用柴油機的發(fā)展越來越受到重視，成為柴油機行業(yè)增長速度最快的行業(yè)，也是我國大力發(fā)展的一個行業(yè)。車用柴油發(fā)動機市場按其配套車型可分為貨車柴油機發(fā)動機市場和客、轎車用柴油機市場兩大類。當(dāng)前柴油發(fā)動機企業(yè)重點角逐的市場是輕型載貨車柴油機市場和客、轎車柴油機市場。但是，由于受各種因素的影響，我國的柴油機研究還是落后于世界 先進水平。經(jīng)歷多年的市場實踐，國內(nèi)柴油發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)已不再滿足于憑借引進產(chǎn)品獲得市場上的暫時領(lǐng)先，而認(rèn)識到核心技術(shù)是最關(guān)鍵的，只有通過引進、消化、吸收的途徑，自己掌握了核心技術(shù)，企業(yè)才會有發(fā)展后勁并獲得可持續(xù)發(fā)展的條件。隨著我國汽車事業(yè)的進一步發(fā)展，作為汽車配套中最重要的一個環(huán)節(jié)，柴油機技術(shù)的發(fā)展瓶頸已日益凸顯。因此，必須研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的柴油機，以提高我國汽車制造的國產(chǎn)率。 發(fā)動機連桿的研究是一個很復(fù)雜的、很有前景的研究領(lǐng)域，有很多需要完善和提高的地方。對發(fā)動機連桿精確的分析，可以為設(shè)計、生產(chǎn)、改 進發(fā)動機提供可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，縮短發(fā)動機的開發(fā)、改進的周期和成本，提高其可靠性和經(jīng)濟性。 內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 隨著國家經(jīng)濟長期穩(wěn)定發(fā)展，汽車工業(yè)也得到飛速提高，國內(nèi)近幾年汽車產(chǎn)量和銷量如下表： 表 車產(chǎn)銷量表 年度 總產(chǎn)量 總銷量 乘用車 商用車 產(chǎn)量 銷量 產(chǎn)量 銷量 07年 570 77 8年 9年 車產(chǎn)量和保有量的迅速增長導(dǎo)致了石油能源需求的矛盾加劇，使中國成為了石油進口大國，每年需進口石油總產(chǎn)量的百分之三十。 2004 年中國進口了 噸原油和 4000萬噸成品油，共花了 420億美元，以后將會逐年增加。柴油車得平均油耗要黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 低于汽油車百分之三十。一輛 奔馳 E 級柴油車平均耗油為 ，僅相當(dāng)于國內(nèi)排量 汽油車的能源消耗。所以在發(fā)達(dá)國家，重型車使用柴油機占百分之百，轎車比例日益上升。 2004 年，歐盟新注冊的轎車中，柴油機占 其中法國 69，德國 44；連不太推崇柴油車的美國 2004 年注冊的柴油轎車也占 而在中國由于各方原因， 2004 年的乘用車銷量中柴油汽車僅占 普較占 轎車使用柴油機已成為發(fā)展潮流，我國商用車按噸位 上為重型， 下為輕型車。目前重車基本應(yīng)用柴油發(fā)動機，而輕型車配柴油機只占 33。據(jù)統(tǒng)計， 2008年國內(nèi)柴油市場達(dá)到 190 萬臺規(guī)模。其中 40 萬臺重型柴油機， 27 萬臺中、輕型柴油機，比 06年增加 8 3。 轎車柴油發(fā)動機占比例雖然小，但轎車總量大，且柴油機品種在逐步增加，如 捷達(dá) 動機、寶來 動機都是柴油機。近年玉柴研制出 歐標(biāo)準(zhǔn)。云內(nèi)柴油機同長城哈佛、奇瑞瑞虎配套。大眾柴油機向奔馳集團年供 12萬臺。還有一大批新款歐標(biāo)準(zhǔn)汽車柴油機正在研制之中。 隨著汽車工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，對于發(fā)動機的動力性能及可靠性要求越來越高，而連桿的強度、剛度對提高發(fā)動機的動力性及可靠性至關(guān)重要，因此國內(nèi)外各大發(fā)動機研制公司對發(fā)動機連桿用材料及制造技術(shù)的研究都非常重視。 目前，碳素鋼和合金鋼連桿、非調(diào)質(zhì)鋼連桿、粉末冶金連桿、鈦合金連桿等都有很廣泛 的應(yīng)用，但在力學(xué)性能、生產(chǎn)成本等各個方面又各有優(yōu)劣。非調(diào)質(zhì)鋼由于其材料的成本不高，作為一種廉價的節(jié)能鋼種，非調(diào)質(zhì)鋼正在逐步地取代調(diào)質(zhì)鋼，國外幾乎完全采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)連桿。隨著發(fā)動機輕量化的要求，連桿的設(shè)計應(yīng)力提高，中碳錳釩系列非調(diào)質(zhì)鋼的強度無法滿足要求，目前德國在該鋼種的基礎(chǔ)上開發(fā)了強度級別更高的鋼種，正在推廣應(yīng)用。粉末燒結(jié)鍛造連桿的特點是經(jīng)濟效益顯著，一般認(rèn)為粉末燒結(jié)鍛造連桿與鍛鋼連桿相比，材料可節(jié)約 40%，生產(chǎn)成本可降低 10%，能源消耗可節(jié)；但前些年由于金屬粉末的種類極少，又受到成本的限制，發(fā)展不快。鈦 合金連桿可大幅度地降低連桿的質(zhì)量，但金屬鈦的抗拉強度比較低 4。 高強度、輕量化、低成本是發(fā)動機連桿的發(fā)展趨勢，我國的發(fā)動機鍛鋼連桿制造技術(shù)與國外差距不大，但在連桿輕量化方面還相當(dāng)落后。我國的鈦合金連桿、纖維強化鋁合金連桿、粉末冶金鍛造連桿的研究才剛剛起步。 雖然連桿加工本身所包括的工藝內(nèi)容并不復(fù)雜，但由于材質(zhì)、外形尺寸以及要求的加工精度，經(jīng)常給加工帶來不少困難。鍛造毛坯的精度及剛性差、孔加工的精度低、連續(xù)帶狀切屑的斷屑、平面加工的毛刺、因夾壓和內(nèi)應(yīng)力的重新分布而產(chǎn)生的幾何變形等，是加工工藝長期以來需要研 究和解決的主要技術(shù)問題。所以，連桿的工藝設(shè)計黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 只有通過現(xiàn)場的不斷改善，才能最終達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)。 采用三維模型進行產(chǎn)品開發(fā)，其過程如同實際產(chǎn)品的構(gòu)造或加工“制造”裝配過程一樣反映產(chǎn)品復(fù)雜的幾何形狀及相互之間的位置或裝配關(guān)系，使產(chǎn)品開發(fā)過程更加符合開發(fā)工程師習(xí)慣和思維方式。這樣，工程師可以更加專注于產(chǎn)品設(shè)計本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示。利用三維裝配模型實現(xiàn)動態(tài)模擬后，可以進行干涉檢驗，還可以觀察模型中某點的運動軌跡，繪出位置速度、加速度曲線，并分析其運動特征，為相關(guān)計算提供依據(jù)，保證了產(chǎn)品開發(fā)的可靠性，同時有利于縮 短產(chǎn)品的開發(fā)周期 4。 計研究的主要內(nèi)容 對 柴油 機運行過程中連桿機構(gòu)受力分析 進行 深入研究，其主要的研究內(nèi)容有 ： 1. 對連桿進行運動學(xué)和動力學(xué)分析，分析連桿中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對連桿的主要零 部 件進行強度、剛度等方面的計算和 校核 ，以便 達(dá)到設(shè)計要求。 110 柴油機的性能特點，嚴(yán)格按照柴油機設(shè)計手冊的要求，進行了該柴油機連桿的設(shè)計，選定了連桿的結(jié)構(gòu)型式、大小頭及桿身的結(jié)構(gòu)和尺寸，以及潤滑方式、定位方式等，再進行強度和剛度的計算，完成連桿的設(shè)計過程。 軟件對連桿進行了三維幾何建模，在利用 件進行連桿的前處理過程中，包括實體建模、定義材料屬性、定義單元類型、網(wǎng)格劃分；求解過程，包括施加約束、施加載荷、進行求解計算；后處理過程，包括結(jié)果的觀察、分析和檢驗。經(jīng)過這三個環(huán)節(jié)，就完成了基于 連桿強度分析。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 桿的運動和受力分析 連桿是柴油機傳遞動力的主要運動件 ,在機體中作復(fù)雜的平面運動 ,連桿小頭隨活塞作上下運動 ,連桿大頭隨曲軸作高速回轉(zhuǎn)運動。連桿桿身在大、小頭孔運動的合成 下作復(fù)雜的擺動。其作用是將活塞頂?shù)臍怏w壓力傳給曲軸，又受曲軸驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體 3。 連桿組在工作時工作條件惡劣承受著三方面的作用力； 這三種力的大小和方向隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化而不斷地變化。綜合起來的結(jié)果使連桿處于一種交變的復(fù)雜受力狀態(tài)。 由于連桿為一細(xì)長桿件，當(dāng)受壓縮和橫向慣性力作用時，若連桿桿身剛度不足，則會產(chǎn)生彎曲變形。若在垂直于擺動平面內(nèi)發(fā)生彎曲，則危害更大，造成軸承不均勻磨損，甚至燒瓦 。 桿的結(jié)構(gòu)分析 連桿組一般由連桿體、大頭蓋、連桿螺栓、軸瓦和連桿小頭襯套等組成。連桿體包括連桿小頭、桿身和連桿大頭的上部。連桿大頭的上部與連桿大頭蓋一起組成連桿大頭，連桿結(jié)構(gòu)如圖 2 圖 2桿結(jié)構(gòu)圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 16789連桿把活塞和曲軸連接起來，連桿小頭與活塞銷相連接，并與活塞一起作往復(fù) 運動；連桿大頭與曲柄銷相連接，和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動；連桿的其余部分則作復(fù)雜的平面運動。作用于活塞上的力經(jīng)連桿傳給曲軸 5。 連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強度。在力的作用下，桿身應(yīng)該不致被顯著壓彎，連桿大小頭也應(yīng)該不致顯著失圓。桿身彎曲會使活塞相對于氣缸、軸承相對于軸頸發(fā)生歪斜；也的失圓會使軸承失去正常配合。如果強度不足，在發(fā)動機動轉(zhuǎn)過程中一旦發(fā)生連桿桿身、大頭蓋和連桿螺栓斷裂，就會使機器受到嚴(yán)重的破壞。 連桿的工作條件和設(shè)計要點 連桿在高速運動中承受由活塞組傳遞的氣缸壓力和往復(fù)慣性力的反復(fù)壓 縮和拉伸，由此可能產(chǎn)生疲勞破壞，是內(nèi)燃機主要受力運動件之一。連桿大小頭軸承的潤滑條件苛刻，工作中反復(fù)受到擠壓和沖擊 6。 “小體積、大功率、低油耗”是高性能柴油機對連桿提出的基本要求，其設(shè)計要點如下： 別是連桿小頭與桿身的過渡圓角及連桿大頭蓋的螺栓支承面的過渡圓角設(shè)計，防止應(yīng)力集中； 桿的材料性能及特點 柴油機連桿在整個工作過程中受拉 伸、壓縮以及慣性力和連桿力矩所生成的交變的載荷，尤其是大功率柴油機的工作條件更差，因此必須保證連桿具有足夠的疲勞強度及結(jié)構(gòu)剛度。這就要求在連桿材料的選擇上針對具體的柴油機而采用高強度材料并輔以綜合措施。 目前用于連桿的材料多為中碳鋼，而對大功率柴油機連桿則多采用高強度合金鋼。柴油機連桿選用中碳合金優(yōu)質(zhì)鋼，選用中碳合金鋼是因為它經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理之后能夠發(fā)揮良好的機械性能加進少許合金元素是為了再提高其機械性能在鋼中加入錳元素使鋼具有較高的拉伸強度極限、較高的硬度及較好的韌性；加入少量鉻不但能大幅度提高拉伸強度極限 和硬度，還能增加鋼在熱處理時的穩(wěn)定性；鉬加入鋼中能使鋼具有較大的強度極限、屈服極限和很好的塑性。這種鋼經(jīng)過熱處理后具有纖維斷面 ,這對受沖擊、受交變載荷的連桿特別有用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強度， 本設(shè)計 采用精選 優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼模鍛 ，表面噴丸強化處理，提高強度 4。 桿基本參數(shù)的確定 根據(jù)設(shè)計要求確定 4110柴油機的主要性能參數(shù)如表 表 110 柴油 機主要性能參數(shù) 氣缸排列方式 直列四缸 供油方式 多點噴射 排量 /L 徑 /10 行 程 /25 曲柄半徑 桿長 /95 缸心距 /35 壓縮比 16 額定功率 /0(2400 r/平均有效壓力 壓度 30 曲軸角速度 s 最大爆發(fā)壓力 10塞組質(zhì)量 桿的長短直接影響到柴油機的高度及側(cè)壓力的大小 ,較長的連桿能使慣性力增加 ,而同時在側(cè)壓力方面的改善卻不明顯。因此在柴油機設(shè)計時 ,當(dāng)運動件不與有關(guān)零部件相碰 時 ,都力求縮短連桿的長度。 連桿長度 L（即連桿大小頭孔中心距）與結(jié)構(gòu)參數(shù)（ 關(guān)。連桿長度越短，即 越大，則可降低發(fā)動機高度，減輕運動件重量和整機重量，對高黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 速化有利，但 大，使二級往復(fù)慣性力及氣缸側(cè)壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸相碰的可能性。 在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機中，連桿長度的下限大約是 l= =1/上限大約是l=4R。連桿長度的確定必須與所設(shè)計的內(nèi)燃機整體相適應(yīng)，連桿設(shè)計完成后應(yīng)進行零件之間的防碰撞校核，應(yīng)校核當(dāng)連桿在最大擺角位置上時是否與氣缸套的下緣相碰，以及當(dāng)活塞在下止點附近位置上時活塞下緣是否與平衡重相碰，它們之間的最小距離都不應(yīng)小于 2 5毫米 3。 在機體的設(shè)計中，已經(jīng)根據(jù)要求設(shè)計出連桿長度為 195 桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 頭結(jié)構(gòu)型式 現(xiàn)代內(nèi)燃機絕大多數(shù)采用浮式活塞銷，也就是說，在運轉(zhuǎn)過程中活塞的銷座中和在連桿的小頭中都是能夠自由轉(zhuǎn)動的。 本連桿的小頭的設(shè)計采用薄壁圓 環(huán)形結(jié)構(gòu)，為了耐磨，在小頭孔內(nèi)還壓有耐磨襯套。優(yōu)點是構(gòu)形簡單、制造方便，材料能充分應(yīng)用，受力時應(yīng)力分布較均勻。連桿小頭的構(gòu)造如圖 2 圖 2桿小頭結(jié)構(gòu)型式 桿襯套 襯套與連桿小頭孔為過盈配合，青銅襯套與活塞銷的配合間隙 大致在（ d 的范圍內(nèi)，在采用粉末冶金襯套時，由于襯套壓入后，內(nèi)徑會縮小，因此配合間隙應(yīng)適當(dāng)放大，一般 大致在（ d。在四 沖程柴油機中，為減少小頭軸承的沖擊負(fù)荷，間隙應(yīng)盡量取小些，以不發(fā)生咬合為原則。 在小頭上方開有集油孔或集油槽，靠曲軸箱中飛濺的油霧進行潤滑。潤滑油的均勻分布可通過襯套上開布油槽來達(dá)到。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 設(shè)計襯套寬度與連桿小頭等寬， 襯套的厚度一般為 ， 。 頭結(jié)構(gòu)尺寸 小頭結(jié)構(gòu)尺寸主要是小頭襯套內(nèi)徑 2、小頭外徑 頭孔直徑 油機 據(jù)柴油機設(shè)計手冊圖表 機連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)表得到以下數(shù)據(jù)： 1 取 11 取 d) 1 取 桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 身結(jié)構(gòu)型式 連桿桿身的截形十分重要 ,它應(yīng)能在保證強度的前提下有盡量較輕的重量 ,此外 ,還要有利于該截面形狀向大端、小端的過渡 ,因此柴油機連桿桿身常采用工字形截面。連桿桿身采用工字形截面，其長軸位于連桿擺動平面，這種截面對材料利用得最為合理，這是由于連桿在擺動平面內(nèi)上下兩端的連接相當(dāng)于鉸支，而在垂直連桿擺動平面的方向，其上下兩頭的連接則相當(dāng)于兩端固定的壓桿，故后者穩(wěn)定性好，允許的失穩(wěn)臨界力大。若想使連桿在相同載荷作用下，這兩個平面內(nèi)的穩(wěn)定性相同，則必須 統(tǒng)計 2 3） 使 連桿在垂直擺動平面內(nèi)有較大的抗彎能力。 連桿桿身截面的高 H 一般大約是截面寬度的 ，而 B 大約等于（ D(D 為氣缸直徑 )。為了使桿身能與小頭和大頭圓滑過渡，桿身截面是由上向下逐漸增大的。桿身的最小截面積與活塞面積之比，對于鋼制連桿來說大約是在 1125 30:的范圍內(nèi) 6。 身結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù) 柴油機設(shè)計手冊圖表 桿身截面寬度 B 約 等于 D)(D 為氣缸直徑 )，取 ， 截面高度 ， 取 。 為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 圓角半徑。 桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 頭結(jié)構(gòu)型式 連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑 度 桿軸瓦厚度 2和連桿螺栓直徑 中 度和軸承的承壓能力，在曲軸設(shè)計 中確定。為了結(jié)構(gòu)緊湊，軸瓦厚度 2趨于減薄，因此，本處所謂設(shè)計大頭設(shè)計，實際上是指確定連桿大頭在擺動平面內(nèi)某些主要尺寸，連桿大頭剖分形式，定位方式，及大頭蓋得結(jié)構(gòu)設(shè)計。連桿大頭與連桿蓋得分開面大多垂直連桿軸線，稱為平切口連桿。由于平切口連桿的大頭具有較大的剛度，軸承孔受力變形小及制造費用低，一般都采用這種結(jié)構(gòu)。 頭結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)柴油機設(shè)計手冊得到以下數(shù)據(jù)： ) 2 取 )2 2 則大頭寬度 取 則大頭孔直徑 D）（ m m 連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺高度 221 ) ，取 1 ，取 2 ， 為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離 2) ，取 ，一般螺栓孔外側(cè)壁厚不小于 2 毫米，取 5 毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。 桿螺栓的設(shè)計 根據(jù)氣缸直徑 D 初選連桿螺紋直徑 根據(jù)統(tǒng)計 ) ，取 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 章小結(jié) 本章在設(shè)計連桿的過程中， 是很重要一環(huán)，先對連桿進行了運動分析、受力分析，而后對連桿設(shè)計結(jié)構(gòu)特點進行了簡要地分析，并說明了連桿的工作條件和設(shè)計要點，還對連桿的材料性能及特點進行了比較與分析。之后 分別確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭 、以及螺栓 的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ，還對各個部件的結(jié)構(gòu)型式進行了分析。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 第 3 章 連桿的 強度、剛度計算 桿小頭的強度校核 以過盈壓入連桿小 頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。上述載荷的聯(lián)合作用可能使連桿小頭及其桿身過渡處產(chǎn)生疲勞破壞，故必須進行疲勞強度計算 ，如圖 圖 桿小頭主要結(jié)果尺寸 計算時把連桿小頭和襯套當(dāng)作兩個過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向 壓力為 ： M P t1)( （ 式中 ： 襯套壓入時的過盈， 一般青銅襯套 0 0 1 0 0 ，取 0 0 0 0 8 ， 其中 ：t 工作后小頭溫升 ,約 C 150100 ； 連桿材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼 )/1( C ； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅 )/1( C ； 、 連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可取 ； E 連桿材料的彈性模數(shù)，鋼 M ； E 襯套材料的彈性模數(shù)，青銅 ； 計算 小頭承受的徑向壓力為： ）（N 由徑向均布力 p 引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應(yīng)力，可按厚壁筒公式計算， 外表面應(yīng)力 ： 6D 22 22212 （ 內(nèi)表面應(yīng)力 ： （ i 和50100 2/校核合格。 連桿小頭的應(yīng)力變化為非對稱循環(huán)，最小安全系數(shù)在桿身到連桿小頭的過渡處的外表面上為 ： 1 式中 ： 1- 材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限 ； 21- 2N/取 21- 2/ 材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取 ； a 應(yīng)力幅， 41 a2/ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 m 平均應(yīng)力， 41 m2/ 工藝系數(shù)， ，取 則 連桿小頭的疲勞強度的安全系數(shù) 在制造工況穩(wěn)定情況下，疲勞強度安全系數(shù)可達(dá)到 一般約在 圍之內(nèi) ，基本符合要求。 桿小頭的剛度計算 當(dāng)采用浮動式活塞銷時，必須計算連桿小頭在水平方向由于往復(fù) 慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗公式為 : 6233j m a 0(P m （ 式中 ： 連桿小頭直徑變形量， 連桿小頭的平均直徑， I 連桿小頭斷面積的慣性矩 。 4331 69312 則 5 7 6 66523 ）（）（ 對于一般發(fā)動機，此變形量的許可值應(yīng)小于直徑方向間隙的一半，標(biāo)準(zhǔn)間隙一般為 則校核合格。 桿桿身的強度校核 連桿桿身在 不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計算斷面以上做往復(fù)運動的質(zhì)量的慣性力的拉伸，在爆發(fā)行程，則受燃?xì)鈮毫蛻T性力差值的壓縮，為了計算疲勞強度安全系數(shù)，必須現(xiàn)求出計算斷面的最大拉伸、壓縮應(yīng)力。 由最大拉伸力引起的拉伸應(yīng)力為： mj fP （ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 式中 ：連桿桿身的斷面面積， 柴 油機 ， A 為活塞投影面積 取 。 則 最大拉伸應(yīng)力為： 95 桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃?xì)庾饔昧烧J(rèn)為是在上止點，最大壓縮力為： 1 7 3)4 4 7 6 6( 4 0 6 連桿承受最