连杆结构设计及校核（传统）范例.pdfVIP

发动机连杆结构设计范例

1连杆工作情况及设计要求

1.1连杆工作情况

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，还有左右摆动，作复杂的平面运动。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。

GG2

Pj=l(1)(牛顿)(2-1)

g

式中G、＿分别为活塞组和计算断面以上那部分连杆往复运动重量。

Gj

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

述惯性力。

(2-2)

PcPzpj

2



式中Pz－作用在活塞上的气压力。PzD(Pz1)（牛顿）

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此外，由于连杆是一细长杆件，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。

由于连杆摆动的角加速度和转动惯量而产生的惯性力矩，也使连杆承受附加弯矩。

1.2连杆设计要求

根据以上分析可知，连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。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。经验表明,对强化程度不高的发动机来说，刚度比强度更重要。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刚度和

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

2连杆材料选择

为了保证连杆在机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

碳机构钢，只有在特别强化且产量不大的汽油机中用40Cr等合金钢。合金钢有较高的综合

机械性能，但当存在产生应力集中的因素时，它的耐劳能力急剧下降，甚至低到与碳素钢不

相上下。所以合金钢连杆的形状设计、过度圆滑性、毛坯表面质量等，必须给以更多的注意，

才能充分发挥优质材料的潜力。40MnB，40MnVB等硼钢作为高负荷的大量生产连杆的材料，

显示了良好的使用性能。40MnB钢化学成分（%）：C（0.37～0.45），Mn（1.1～1.4），Cr〈0.3，

P和S≤0.04，B（0.001～0.005），经850℃油淬500℃高温回火后强度极限σ〉1000（牛

b

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