配气机构设计

连杆的组成及作用组成：连杆体（小头、杆身、连杆大头），连杆盖，连杆螺栓，轴瓦。作用：传递力改变运动方式第一节连杆的设计工作情况：运动：上下＋横向摆动的复合运动；受力：基本上是周期性变化的拉压载荷jmaxzmaxLjmaxjzmaxzjLjmaxjzP-PP,PPPP360-PP,PP0P0，时，时21jr1GGP))((计算断面的惯性载荷为设计要求•足够的耐疲劳强度，能够承受很大的交变载荷；•有足够的刚度，保证轴承润滑及其他磨损正常；•尽量减轻重量。总原则：在尽可能轻巧的结构条件下，保证足够的刚度和强度连杆材料•精选含碳量的中碳钢（45＃，40＃）；•中碳合金钢（40Cr，40MnB，40MnVB）锻造后进行调质；机加后探伤•球墨铸铁•铸铝合金（小型发动机）主要参数的选择1.连杆长度llr之间。1.0~05.0由总体布置确定用连杆比l的校核：①β角最大时，连杆是否碰气缸套②下止点时，平衡重是否碰活塞裙部。连杆长度精度应该在来说明趋势：紧凑缩短连杆长度连杆比达到1/3.2常用范围1/4~1/3.22.小头孔径由活塞销确定。3mm22111～＝dd一般衬套材料为锡青铜。要进行比压校核柴油机汽油机90~85qMPa][PaM][][B6211qqdPqz3.连杆大头孔由曲柄销直径和长度确定柴油机汽油机＝mm3~2mm2~1.522222DD主要保证B0D即连杆的宽度要小于气缸。五、连杆的结构分析与计算1.小头应力分布与固定角Φg的关系,Φg大，应力不均匀性增加，σmax，Φgmin=90o计算工况为最大转速，刚度校核时应保证径向收缩量δ≤1／2△拉深载荷引起的小头应力压缩载荷引起的小头应力mnOrmⅡⅠαdαmjrBpp1max2MONOΦφ12ⅠⅡΦΦσijσajΦσicσacrmΦ12αNOMOcosmaxpp1max2BπrPpmcmna)b)c)d)2.杆身工况maxnfPmjj压应力Mmax工况，兼顾侧弯情况①结构：工字截面，长轴在摆动平面内；考虑惯性力的变化，从小头到大头逐渐加大。②强度计算：受力分析：拉压的交变载荷计算工况：拉应力3.连杆大头①强度计算一般只对大头盖做校核计算受力情况：交变的拉伸载荷作用，在进气上止点21221max)1(rgGGrgGGPj计算工况：nmax，强化一般/300~200/200~150][22mmNmmNA②刚度校核径向收缩量≤轴承间隙的一半－螺栓中心距惯性矩－轴瓦与大头盖截面的、C2)(00024.03maxIIIIECPjlPRlPRlPlPabc图7-6斜切口形式及斜切口螺钉Φ´图7-7连杆大头形式及大头盖定位图7-8采用连杆大头裂解工艺的连杆总成目前最新的连杆大头盖定位方式是采用连杆大头裂解（图7-8）工艺，即整体加工出连杆大头，然后利用胀断的方式裂解开连杆大头，这样产生的剖分面是凸凹不平的断裂茬口，同时起到两个方向的定位作用；抗剪切能力强；两个连杆螺栓的距离短，使得连杆大头宽度最小。而且节省了加工工艺过程，使得制造成本降低30%左右。第二节连杆螺栓的设计一、受力情况21221jmaxr)GG()1(r)GG(P1.预紧力P0作用后02020101PtgCPtgC2.在工作载荷jP作用下jjPPPPP00max动载系数，jPP212112111)1()1(CCCCCPPCCtgtgjj＝统计资料33.0~14.06~212CC瓦PPPj)5.2~2(0从上式可以看出，螺栓抗拉刚度C1增加，基本动载系数χ增加；即动载荷变大，疲劳应力变大。这从右图也可以明显看出来。刚度C1增加，意味着α角变大，这样动载荷幅度增大。连杆螺栓在设计时应首先满足有足够的抗拉强度，在预紧力和工作载荷下不产生塑性变形，而且要有足够的耐疲劳载荷能力，没有应力集中，采用细牙螺纹，螺栓刚度要小于被连接件刚度。第三节提高螺栓疲劳强度措施•降低螺杆刚度C1－主要是通过光杆直径d0进行调整，一般d0＝（0.8~0.85）d1。•提高被连接件的刚度C2。•增加过渡圆角半径，降低应力集中。•采用细牙滚压螺纹。•严格控制螺栓和被连接件的形位公差，减少附加弯矩10°20°4-0.15R8±11.6Φ14±0.093.20.5X45°15.52.5661.620+0.25163.2M18X1.5ⅠⅠΦ19-1R8±15±11.6圆滑过渡1.6A1.66.36.3R0.8R6R6Φ8.5±0.1R61X45°M10X1-1153.2Φ10-0.01283626586.53.2Φ9.5-0.11X0.5°两侧Φ15612.5Φ143.23M10X1-11X45°两端10D16D向14-0.24图7-11内燃机连杆螺栓和螺钉典型结构第四节连杆的强度计算方法现在连杆的强度计算都是采用有限元方法进行。简单计算时可以根据连杆的对称性采用二维模型（图7-12），利用连杆的对称性只计算连杆的一半。如果想得到比较详细的连杆应力分布状况，可以采用三维实体单元（图7-13），如果采取有限元软件里面的非线性功能，还可以计算大头盖与连杆大头之间、连杆大头与曲柄销之间的接触应力；模拟预测拉载荷作用下的最小螺栓预紧力，等等。图7-12连杆有限元模型位移边界约束图7-13连杆三维有限元模型