4105连杆机构设计.doc

第2章 连杆组的设计 2.1连杆的工作情况、设计要求和材料选用 1、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，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动。因此，连杆体除有上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动。 2、设计要求 （1）结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用。 （2）在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能减轻重量，以降低惯性力。 （3）尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量。 （4）大小头轴承工作可靠，耐磨性好。 （5）连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠。 （6）易于制造，成本低。 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在足够的疲劳强度和结构钢度。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，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。 所以设计连杆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。 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，采用精选含碳量的优质中碳结构钢45模锻，表面喷丸强化处理，提高强度。 2.2连杆长度的确定 近代中小型告诉柴油机，为使发动机结构紧凑，最适合的连杆长度应该是，在保证连杆及相关机件在运动不与其他机件相碰的情况下，选取最小的连杆长度。 连杆长度与结构参数（R为曲柄半径）有关，此次设计选取。 2.3连杆小头的设计 小头主要尺寸为连杆衬套内径和小头宽度。 1.连杆衬套内径 2.衬套厚度 小头内径 4.小头宽度 5.小头外径 2.4连杆杆身的设计 连杆杆身从弯曲刚度和锻造工艺性考虑，采用工字形截面。 1.杆身截面高度 2.杆身截面宽度 杆身截面中间宽度 为使连杆从小头到大头传力比较均匀，在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的圆角半径。 螺栓孔外侧壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。 大头盖截面的惯性矩 大头盖计算截面的抗弯断面模数 轴瓦计算截面的惯性矩 大头盖中央截面上的应力 大头盖横向直径减小值 经轴承选择，值小于轴承间隙的一半，所以满足要求。 2.7连杆螺栓设计 连杆螺栓的结构尺寸和材料选择 根据气缸直径初选连杆螺纹直径 根据选择螺栓，螺母，垫片标准件如下： 螺栓 GB/T 5782 M14x80 螺母 GB/T 6170 M14 垫片 GB/T 848 14 螺栓与螺母材料均采用40。 2.螺栓装配预紧力和屈服强度校核 （1）装配预紧力 每个螺栓由惯性力引起的工作负荷 式中为斜切口大头的切口角。 发动机工作时连杆螺栓受到两种力的作用：预紧力和最大拉伸载荷，预紧力由两部分组成：一是保证连杆轴瓦过盈度所必须具有的预紧力；二是保证发动机工作时，连杆大头与大头盖之间的结合面不致因惯性力而分开所必须具有的预紧力。 材料屈服强度校核 确定后，校核螺栓材料是否屈服，应满足： 式中为螺栓最小截面积，经计算 为材料的屈服极限，一般 为安全系数，一般为 于是经计算 得，所以满足要求。