《連桿機構設計》word版

連桿組的設計2.1連桿的工作情況、設計要求和材料選用1、工作情況連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。因此，連桿體除有上下運動外，還左右擺動，做復雜的平面運動。2、設計要求 （1）結(jié)構簡單，尺寸緊湊，可靠耐用。（2）在保證具有足夠強度和剛度的前提下，盡可能減輕重量，以降低慣性力。（3）盡量縮短長度，以降低發(fā)動機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慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設計時應首先保證連桿具有在足夠的疲勞強度和結(jié)構鋼度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會對曲柄連桿機構的工作帶來不好的影響。所以設計連桿的一個主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料；合理的結(jié)構形狀和尺寸。3、材料的選擇 為了保證連桿在結(jié)構輕巧的條件下有足夠的剛度和強度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構鋼45模鍛，表面噴丸強化處理，提高強度。2.2連桿長度的確定近代中小型告訴柴油機，為使發(fā)動機結(jié)構緊湊，最適合的連桿長度應該是，在保證連桿及相關機件在運動不與其他機件相碰的情況下，選取最小的連桿長度。連桿長度與結(jié)構參數(shù)（R為曲柄半徑）有關，此次設計選取。2.3連桿小頭的設計小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑和小頭寬度。1.連桿襯套內(nèi)徑2.襯套厚度3. 小頭內(nèi)徑4.小頭寬度5.小頭外徑2.4連桿桿身的設計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2.桿身截面寬度3. 桿身截面中間寬度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連桿大頭的設計本次大頭采用斜切口大頭的結(jié)構形式，切口角1. 大頭孔直徑2. 大頭寬度3. 連桿軸瓦厚度4. 連桿螺栓直徑5. 連桿螺栓孔中心距螺栓孔外側(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 取0.21 取0.50 7. 定位方式定位方式采用鋸齒定位，齒形角為，齒距為2.6連桿強度計算1. 連桿小頭計算（1） 由襯套過盈配合和受熱膨脹產(chǎn)生的應力襯套最大裝配過盈量襯套溫度過盈量式中為連桿材料線膨脹系數(shù)，對于鋼 為襯套材料線膨脹系數(shù)，對于青銅由總過盈量產(chǎn)生的徑向均布壓力式中為連桿材料的彈性模量，對于鋼 為襯套材料的彈性模量，對于青銅 為泊桑比，小頭外表面由引起的應力（2） 由慣性力拉伸引起的小頭應力活塞組的最大慣性力式中為活塞組重量 為角速度固定角小頭平均半徑小頭中心截面（）上的彎矩小頭中心截面（）上的法向力小頭固定截面（）上的彎矩查表可知小頭固定截面（）上的法向力小頭壁厚小頭截面積襯套截面積系數(shù)小頭受拉時固定截面處外表面應力（3） 由最大壓縮力引起的應力小頭承受的最大壓縮力輔助參數(shù)查表可得 小頭受壓時中央截面上的彎矩和法向力小頭固定截面處（）的值查表得 小頭受壓時固定截面處（）的彎矩和法向力小頭受壓時固定截面處外表面應力（4） 小頭安全系數(shù)材料的機械性能查表可得 45鋼角系數(shù)在固定角截面的外表面處應力幅平均應力小頭安全系數(shù)小頭安全系數(shù)應不小于1.5，所以滿足要求（5） 小頭橫向直徑減小量小頭平均直徑小頭截面的慣性矩橫向直徑減小量為保證活塞銷和連桿襯套不致咬死，應使，實際計算結(jié)果，所以滿足要求。2. 連桿桿身計算（1）桿身中間截面處最大拉伸力和最大壓縮力式中分別為活塞組重量和位于計算截面以上那一部分連桿重量。（2） 桿身中間截面處的應力和安全系數(shù)由最大拉伸力引起的拉伸應力式中為桿身中間截面積，計算約為：桿身中間截面的慣性矩由最大壓縮力引起的合成應力式中為系數(shù)，對于各種鋼材桿身中間截面在擺動平面內(nèi)的應力幅和平均應力在垂直于擺動平面內(nèi)的應力幅和平均應力在擺動平面和垂直于擺動平面內(nèi)的安全系數(shù)安全系數(shù)滿足要求。3. 連桿大頭計算大頭蓋所受慣性力根據(jù)大頭蓋截面圖（圖1）計算重心坐標大頭蓋截面的慣性矩大頭蓋計算截面的抗彎斷面模數(shù)軸瓦計算截面的慣性矩大頭蓋中央截面上的應力大頭蓋橫向直徑減小值經(jīng)軸承選擇，值小于軸承間隙的一半，所以滿足要求。2.7連桿螺栓設計1. 連桿螺栓的結(jié)構尺寸和材料選擇根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑根據(jù)選擇螺栓，螺母，墊片標準件如下：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40。2.螺栓裝配預緊力和屈服強度校核（1）裝配預緊力每個螺栓由慣性力引起的工作負荷式中為斜切口大頭的切口角。發(fā)動機工作時連桿螺栓受到兩種力的作用：預緊力和最大拉伸載荷，預緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過盈度所必須具有的預緊力；二是保證發(fā)動機工作時，連桿大頭與大頭蓋之間的結(jié)合面不致因慣性力而分開所必須具有的預緊力。（2） 材料屈服強度校核確定后，校核螺栓材料是否屈服，應滿足：式中為螺栓最小截面積，經(jīng)計算 為材料的屈服極限，一般 為安全系數(shù)，一般為于是經(jīng)計算 得，所以滿足要求。