4105連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第2章連桿組的設(shè)計(jì)2.1連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用1、工作情況連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲柄銷相連 和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，連桿體除有上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)，做復(fù)雜的 平面運(yùn)動(dòng)。2、設(shè)計(jì)要求（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，可靠耐用。（2）在保證具有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減輕重量，以降低慣性力。（3）盡量縮短長(zhǎng)度，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總體尺寸和總重量。（4）大小頭軸承工作可靠，耐磨性好。（5）連桿螺栓疲勞強(qiáng)度高，連接可靠。（6）易于制造，成本低。連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證連桿具有在足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)鋼度。如果

2、強(qiáng)度不足，就會(huì)發(fā)生連桿 螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴(yán)重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會(huì) 對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來不好的影響。所以設(shè)計(jì)連桿的一個(gè)主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強(qiáng)度。為此，必須選用高強(qiáng)度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。3、材料的選擇為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，采用精選含碳量的 優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強(qiáng)化處理，提高強(qiáng)度。2.2連桿長(zhǎng)度的確定近代中小型告訴柴油機(jī)，為使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，最適合的連桿長(zhǎng)度應(yīng)該是， 在保證連桿及相關(guān)機(jī)件在運(yùn)動(dòng)不與其他機(jī)件相碰的情況下，選取最小的連桿長(zhǎng) 度。R連桿長(zhǎng)度I與結(jié)構(gòu)參數(shù)二r（R為曲柄半徑）有關(guān)，此次

3、設(shè)計(jì)選取 =0.286。R S_22 0.286 =21mm2.3連桿小頭的設(shè)計(jì)小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑d和小頭寬度bi。1. 連桿襯套內(nèi)徑dd = 0.36D =0.36 105 = 38mm2. 襯套厚度:= 0.066d = 0.066 38 = 2.5mm3. 小頭內(nèi)徑did1 = d 2、= 38 2 2.5 二 43mm4. 小頭寬度bi6 =1.05d =1.05 38 = 40mm5. 小頭外徑d2d2 =1.21d1 =1.21 43=52mm2.4連桿桿身的設(shè)計(jì)連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形截面。1. 桿身截面高度HH =0.32D =0.32 105 =

4、 34mm2. 桿身截面寬度BB = 0.65H =0.65 34 = 22mm3. 桿身截面中間寬度tt =0.15H =0.15 34 = 5mm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 大的圓角半徑。2.5連桿大頭的設(shè)計(jì)本次大頭采用斜切口大頭的結(jié)構(gòu)形式，切口角叩=451. 大頭孔直徑DiDi =0.72D =0.72 105 = 76mm2. 大頭寬度b2b? =0.59Di =0.59 76 = 45mm3. 連桿軸瓦厚度/Id =3mm4. 連桿螺栓直徑dMdM =0.13D =0.13 105=14mm5. 連桿螺栓孔中心距111/1.21。=1.21 7

5、6 =92mm螺栓孔外側(cè)壁厚不小于2毫米，取3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。6. 大頭高度已屮2H1 =(0.19 0.24)D1取 0.21H0.21D16mmH2 =(0.41 0.58)D1取 0.50H0.5D38mm7. 定位方式定位方式采用鋸齒定位，齒形角為60，齒距為4mm2.6連桿強(qiáng)度計(jì)算1. 連桿小頭計(jì)算(1) 由襯套過盈配合和受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力襯套最大裝配過盈量:=8 10* 38 = 0.0304 mm襯套溫度過盈量：t =(二-二td, =(1.8 -1.0) 10- 120 43 = 0.041mm式中為連桿材料線膨脹系數(shù)，對(duì)于鋼一 -1.

6、0 101 C:為襯套材料線膨脹系數(shù)，對(duì)于青銅:=1.8 101. C由總過盈量產(chǎn)生的徑向均布?jí)毫?+ AtPd；d； +d2 _dd；-d12d； d2 dEE0.003 + 0.00412 2 2 25.22 +4.32 cc 4.32 +3.82220.3220.34 3 p543 64338 62.2X061.15S062=179.2kgf/cm式中E為連桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼 E =2.2 106kgf / cm2E為襯套材料的彈性模量，對(duì)于青銅E =1.15 106kgf /cm2為泊桑比，亠-0.3小頭外表面由p引起的應(yīng)力2d；d； -d；2 4.325.22 -4.32179

7、.2 =775.07kgf/cm2（2）由慣性力拉伸引起的小頭應(yīng)力活塞組的最大慣性力 G 22 552Pjmax2R(1)1572 0.06 (1 0.286)=494kgfg9.81式中G為活塞組重量-為角速度固定角二 90 arccos2234 +50= 1182二 90 arccos26 + 50小頭平均半徑d2 di r :4小頭中心截面(即-0 )上的彎矩Mo = Pjmaxr(0.00033 c -0.0297)= 494 2.375 (0.00033 118 -0.0297)= 10.84kgf cm小頭中心截面(：:=0 )上的法向力N。= Pjmax(0.572-0.0008

8、 c) =494 (0.572-0.0008 118) = 235.93kgf小頭固定截面(二c)上的彎矩M2 =M Nr(1 cos ：) 0.5PjmaxMsin - cos )= 10.84 235.93 2.375 (1 - cos118 ) - 0.5 494 2.375 1.352= 41.12kgf cm查表可知 sin 118 -cos118 =1.352上=2.375cm4小頭固定截面（=c）上的法向力N2 =Ncos c 0.5Pjmax(sin - cos ：c)-235.93 cos118 0.5 494 1.352= 223.18kgf小頭壁厚小頭截面積5.2 -4.

9、320.45cm2F=(d2-dJ d=(5.2-4.3) 4.0=3.6cm襯套截面積F = -d) b= (4.3-3.8) 4.0=2cm系數(shù)KEFEF EF62.20 匯3.62.2 106 3.6 1.15 106 2小頭受拉時(shí)固定截面處外表面應(yīng)力26r h二 aj =2M2KN2-h(2r+h)bih=2 41.126 2.375 0.450.77 223.1810.45x(2x2.375 +0.45)4.0x0.452二 382.49kgf /cm(3) 由最大壓縮力PC引起的應(yīng)力小頭承受的最大壓縮力二D2Pjmax3.14 10.524-494 =5564kgf輔助參數(shù)匹和NP

10、crPC查表可得M。Pcr一 0.0010NoPc-0.0025小頭受壓時(shí)中央截面上的彎矩和法向力M。=-0.0010Rr0.0010 5564 2.375一 13.21kgf cmN。=0.0025R =0.0025 5564 = 13.91kgf小頭固定截面處(二c )的f (;:)值查表得f( cH f (118 H 0.01228 小頭受壓時(shí)固定截面處(二：c )的彎矩和法向力M2 =M Nr(1 - cos c) - Pcrf ( c)=-13.21 13.91 2.375 (1 -cos118 ) - 5564 2.375 0.01228 =-126.94kgf cmN2 =Pcf

11、 ( c) N0cos c =5564 0.01228 13.91 cos118 =61.80kgf小頭受壓時(shí)固定截面處外表面應(yīng)力二 ac =2M2KN2-h(2r+h)bih=2 (-126.94)6 2.375 0.450.77 61.8-0. 45x (2 x 2.375 +0.45)4.0x 0.452-858kgf / cm(4) 小頭安全系數(shù)材料的機(jī)械性能查表可得 45 鋼二B=60kgf/cm22-1 = (0.45 0.55)；b = 0.5；b = 3000kgf /cm2二二z = (0.7 0.9)二二=0&=2400kgf / cm；0 = (1.4 1.6)二廠 1.

12、5二廠 4500kgf / cm角系數(shù)2 3000 一45叭 0.334500在固定角c截面的外表面處1 1應(yīng)力幅；爲(wèi)(；爲(wèi)- 6c)382.49 -(-858) =620.2kgf/cm21 1平均應(yīng)力二m(； j ；ac 2；a)382.49 (-858) 2 775.07 =537.3kgf/cm2小頭安全系數(shù)2400“69廠 6 6002 033 5373小頭安全系數(shù)應(yīng)不小于1.5，所以滿足要求（5）小頭橫向直徑減小量小頭平均直徑dm = 2r = 4.75cm小頭截面的慣性矩b1h34.0 0.4534J10.0304cm12 12橫向直徑減小量Pjmaxdm(c -90)21106

13、ej494 4.753 (118-90)2 -106 2.2 106 0.0304 =0.000621cm為保證活塞銷和連桿襯套不致咬死，應(yīng)使:二，實(shí)際計(jì)算結(jié)果，所2 2以滿足要求。2. 連桿桿身計(jì)算（1）桿身中間截面處最大拉伸力 P和最大壓縮力PcG + G 2pR(1)g2 55 +1 121570.06 (1 0.286)9.81= 708kgf兀 D23.14X10.52Pc 二 pzPj =70708 = 5350 kgf44式中G,G分別為活塞組重量和位于計(jì)算截面以上那一部分連桿重量（2）桿身中間截面處的應(yīng)力和安全系數(shù) 由最大拉伸力引起的拉伸應(yīng)力二進(jìn)=221.25kgf / cm2

14、F 3.2式中F為桿身中間截面積，計(jì)算約為：2F : 2.2 0.44 2 0.5 （3.4 - 0.88） = 3.2cm 桿身中間截面的慣性矩1 3 3JxBH -(B-t)h121332.2 3.4 -(2.2 -0.5) 2.52 12二 4.94cm4133Jy(H -h)B ht 121(3.4-2.52) 2.22.52 0.5 12=0.81cm4由最大壓縮力引起的合成應(yīng)力F CM2.12竺 .00035 孟 5350 = 1839kgf/cm23.226 卡 CJr竺 0.00035 150523.224 0.81 5351803kgf/Cm式中C為系數(shù)，對(duì)于各種鋼材 C =

15、 0.0002 0.0005l亠2桿身中間截面在擺動(dòng)平面內(nèi)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力ax1839 (221)=1030kgf/cm2-mx -1839(221)=809kgf/cm2在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力Cay”-2 一;j1803(221)=1012kgf/cm21803 (-221)2=791kgf / cm在擺動(dòng)平面和垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)的安全系數(shù)nx2400ax-;mx1030 0.33 809= 1.210.62400nyCJV=my1012 0.33 7910.6= 1.23安全系數(shù)滿足要求。3. 連桿大頭計(jì)算大頭蓋所受慣性力PjmaxG2 -G33.65一 981(10.286

16、) 65 1572 0.069.81=956kgf根據(jù)大頭蓋截面圖（圖1）計(jì)算重心坐標(biāo)7127M5圖勺yc =jFiYiZF1 20 74 . 5 1.22 0.7 0.7 (1.2)2 245x1.2+2x0.7x0.7二 0.75cm大頭蓋截面的慣性矩J = 口-0.75)24 530 731 2 20 71.23 20.73 1.2 4 .5 (0.75)2 2 0.7 0.7 (1.2 -12 12 2 2二 1.44cm4大頭蓋計(jì)算截面的抗彎斷面模數(shù)y max1.441.90.75=1.25cm3= 956 2軸瓦計(jì)算截面的慣性矩b3123.6 0.33124=0.0081cm大頭蓋

17、中央截面上的應(yīng)力Pjmax0.023lZ(1 J)片0.023 9.21.25 (1丄 0.0081、1.44 )品=212kgf / cm0.0024Pj；ax|3、1 E(J J )大頭蓋橫向直徑減小值=0.0006cm0.0024 956 9.232 106 (0.0081 1.44)經(jīng)軸承選擇，；1值小于軸承間隙的一半，所以滿足要求2.7連桿螺栓設(shè)計(jì)1.連桿螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸和材料選擇根據(jù)氣缸直徑D初選連桿螺紋直徑dMd m = 0.13 D =0.13 105=14mm根據(jù)dM選擇螺栓，螺母，墊片標(biāo)準(zhǔn)件如下:螺栓 GB/T 5782 M14x80螺母 GB/T 6170 M14墊片 GB/T 848 14螺栓與螺母材料均采用40Cr。2.螺栓裝配預(yù)緊力和屈服強(qiáng)度校核（1）裝配預(yù)緊力每個(gè)螺栓由慣性力引起的工作負(fù)荷PjlPjmaxsin956 sin 452= 338kgf式中為斜切口大頭的切口角發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)連桿螺栓受到兩種力的作用：預(yù)緊力 P和最大拉伸載荷Pj，預(yù)緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過