第三章 連桿設(shè)計課件

1、第三章第三章 連桿組設(shè)計連桿組設(shè)計第一節(jié)第一節(jié) 概述概述、組成組成：連桿體連桿體(小頭、桿身、連桿大頭小頭、桿身、連桿大頭)、連桿蓋連桿蓋、連連桿螺栓桿螺栓、連桿瓦連桿瓦、小頭襯套小頭襯套。、功用功用：連桿組將活塞上所受的連桿組將活塞上所受的力傳遞力傳遞給曲軸給曲軸變成轉(zhuǎn)矩變成轉(zhuǎn)矩，同時將活塞的同時將活塞的往復(fù)運動往復(fù)運動變?yōu)榍S的變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動。、工作情況工作情況： 運動形式運動形式連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起作連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起作往復(fù)運動往復(fù)運動；連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起作連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動。n因此，連桿體除了有上下運動

2、外，還左右擺動，作復(fù)雜因此，連桿體除了有上下運動外，還左右擺動，作復(fù)雜的的平面運動平面運動。 受力情況受力情況 連桿的基本載荷是連桿的基本載荷是拉伸拉伸和和壓縮壓縮，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程開始的上止點附近開始的上止點附近，其數(shù)值為活塞組和計算斷面以上那部分連桿質(zhì)，其數(shù)值為活塞組和計算斷面以上那部分連桿質(zhì)量的量的往復(fù)慣性力往復(fù)慣性力。 Fj=(m+m1)(1+)r 式中，式中， m、m1 分別為活塞組和計算斷面以上那部分往復(fù)運動的連桿質(zhì)量分別為活塞組和計算斷面以上那部分往復(fù)運動的連桿質(zhì)量 對于四沖程發(fā)動機(jī)來說，同樣是上止點，排氣上止點對于四沖程發(fā)動機(jī)來說，同樣是上止

3、點，排氣上止點(=0)、壓、壓縮上止點縮上止點( = 360)的連桿受力是不一樣的。的連桿受力是不一樣的。 = 0時，時，F(xiàn)g=0，F(xiàn)j=Fjmax，F(xiàn)L=-Fj = 360時，時，F(xiàn)gFgmax ， Fj=Fjmax ， FL= Fgmax - Fjmax 其中，其中，F(xiàn)g和和Fgmax為氣壓力和最大氣壓力，為氣壓力和最大氣壓力，F(xiàn)L為連桿力，為連桿力，F(xiàn)jmax為最大為最大往復(fù)慣性力。往復(fù)慣性力。四、設(shè)計要求四、設(shè)計要求 總體設(shè)計要求總體設(shè)計要求在盡可能在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)輕巧的結(jié)構(gòu)下保證下保證足夠足夠的的疲勞剛度疲勞剛度和和結(jié)構(gòu)強結(jié)構(gòu)強度度。 受力分析：受力分析：連桿主要承受連桿主要承受氣

4、體壓力氣體壓力和和往復(fù)慣性力往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的周期性交變載周期性交變載荷荷。 強度、剛度不足帶來的后果：強度、剛度不足帶來的后果： 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(yán)重事故。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(yán)重事故。 如果連桿組剛度不足，對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來不好的影響。如果連桿組剛度不足，對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來不好的影響。 例如，連桿大頭的變形使連桿螺栓承受附加彎曲力；大頭兒的失圓使連桿例如，連桿大頭的變形使連桿螺栓承受附加彎曲力；大頭兒的失圓使連桿軸承的潤滑受到影響；桿身在曲軸軸線平面內(nèi)的彎曲，使活塞在氣缸內(nèi)傾斜，造軸承的潤滑受到

5、影響；桿身在曲軸軸線平面內(nèi)的彎曲，使活塞在氣缸內(nèi)傾斜，造成活塞與氣缸以及連桿軸承與曲柄銷的偏磨，造成活塞組與氣缸間漏氣、竄機(jī)油。成活塞與氣缸以及連桿軸承與曲柄銷的偏磨，造成活塞組與氣缸間漏氣、竄機(jī)油。n 為了增加連桿的強度和剛度，不能簡單地依靠加大結(jié)構(gòu)尺寸來達(dá)到，因為為了增加連桿的強度和剛度，不能簡單地依靠加大結(jié)構(gòu)尺寸來達(dá)到，因為連桿重量的增加導(dǎo)致慣性力相應(yīng)增加，所以連桿設(shè)計的總體要求是在盡可能輕巧連桿重量的增加導(dǎo)致慣性力相應(yīng)增加，所以連桿設(shè)計的總體要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料高強度的材料，設(shè)計合理的結(jié)設(shè)

6、計合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸構(gòu)形狀和尺寸，采取，采取提高強度的工藝措施提高強度的工藝措施等。等。 五、連桿材料：五、連桿材料： 連桿材料的選擇就是要保證在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度連桿材料的選擇就是要保證在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強度。所以一般有如下材料可供選擇：和強度。所以一般有如下材料可供選擇： (1)中碳鋼中碳鋼(45鋼，鋼，40鋼鋼)、中碳合金鋼中碳合金鋼(40Cr，40MnB，40MnVB) 鍛造后進(jìn)行調(diào)質(zhì)，機(jī)械加工后探傷?，F(xiàn)在連桿輥鍛工藝已經(jīng)很成熟，鍛造后進(jìn)行調(diào)質(zhì)，機(jī)械加工后探傷?，F(xiàn)在連桿輥鍛工藝已經(jīng)很成熟，不需要大的鍛壓設(shè)備，制造成本更低。不需要大的鍛壓設(shè)備，制造成本更低。 (

7、2)球墨鑄鐵球墨鑄鐵 其硬度在其硬度在210250HBW之間，具有之間，具有300500N/mm2的抗彎強度，與中碳鋼差不多。的抗彎強度，與中碳鋼差不多。 (3)鑄鋁合金鑄鋁合金 它主要用于小型發(fā)動機(jī)。它主要用于小型發(fā)動機(jī)。 第二節(jié) 連桿的設(shè)計一、主要參數(shù)的選擇一、主要參數(shù)的選擇1連桿長度連桿長度 l 用連桿比用連桿比=R/ l 來說明。來說明。 連桿長度連桿長度l的校核：的校核： 1)連桿擺角口角最大時，連桿是否碰氣缸套下沿。連桿擺角口角最大時，連桿是否碰氣缸套下沿。 2)活塞處于下止點時，曲軸平衡重是否碰活塞裙部?；钊幱谙轮裹c時，曲軸平衡重是否碰活塞裙部。 3)連桿長度精度連桿長度精度0

8、.050.1mm。（連桿長度直接影響壓縮。（連桿長度直接影響壓縮比的精度）比的精度） 常用范圍為常用范圍為1413.2 為使發(fā)動機(jī)緊湊輕巧，現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)設(shè)計中的總趨勢是盡量縮為使發(fā)動機(jī)緊湊輕巧，現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)設(shè)計中的總趨勢是盡量縮短連桿長度。目前短連桿長度。目前值已大到值已大到13.2 。 連桿長度連桿長度整機(jī)高度整機(jī)高度重量重量連桿質(zhì)量連桿質(zhì)量平衡性能平衡性能，連桿剛度，連桿剛度可靠性可靠性，但側(cè)壓力，但側(cè)壓力缸套變形和磨損缸套變形和磨損 圖圖2-1 連桿基本參數(shù)連桿基本參數(shù)2連桿小頭孔徑連桿小頭孔徑d1和寬度和寬度B1 連桿小頭孔徑連桿小頭孔徑d1和和寬度寬度B1 ，由活塞銷直徑確定，由

9、活塞銷直徑確定，即即 d1 = d+21 式中，式中，d 為活塞銷直徑為活塞銷直徑； 1為連桿小頭襯套為連桿小頭襯套厚度厚度，采用錫青銅襯套，采用錫青銅襯套1 =23mm，采用冷軋青銅帶或鋼背，采用冷軋青銅帶或鋼背-青銅青銅雙金屬帶卷成的薄壁襯套，厚度僅為雙金屬帶卷成的薄壁襯套，厚度僅為0.75mm，可以使結(jié)構(gòu)更加緊，可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊。湊。 汽油機(jī)的連桿小頭寬度汽油機(jī)的連桿小頭寬度B1 =(1.21.4) d1，柴油機(jī)的，柴油機(jī)的B1 d1。對小頭孔徑要進(jìn)行比壓校核，即對小頭孔徑要進(jìn)行比壓校核，即: 對于汽油機(jī)，對于汽油機(jī)，q62MPa；對于柴油機(jī)，；對于柴油機(jī)，q8590MPa。 qBdF

10、qg11 3. 連桿大頭孔徑連桿大頭孔徑D2 ，和寬度，和寬度B2。 連桿大頭的孔徑和寬度由連桿大頭的孔徑和寬度由曲柄銷的直徑曲柄銷的直徑D2 ，和長度確定，和長度確定 D2 = D2 + 22 ： 式中，式中，2為連桿軸瓦的厚度為連桿軸瓦的厚度，對于汽油機(jī)，對于汽油機(jī)，2 =1.52mm，對，對于柴油機(jī)，一般于柴油機(jī)，一般2 =23mm。 汽車用發(fā)動機(jī)的連桿大頭與大頭蓋通常都是分體式結(jié)構(gòu)，大多數(shù)汽車用發(fā)動機(jī)的連桿大頭與大頭蓋通常都是分體式結(jié)構(gòu)，大多數(shù)采用平切口形式，一些柴油機(jī)由于連桿軸頸較粗，采用斜切口形式，采用平切口形式，一些柴油機(jī)由于連桿軸頸較粗，采用斜切口形式，主要是為了保證大頭外徑尺

11、寸小于氣缸直徑，即主要是為了保證大頭外徑尺寸小于氣缸直徑，即大頭外徑尺寸大頭外徑尺寸B0 i max 。還可以看出當(dāng)固定角。還可以看出當(dāng)固定角增大時，應(yīng)力不均勻性增加，增大時，應(yīng)力不均勻性增加，最大應(yīng)力值增長，故強化連桿最大應(yīng)力值增長，故強化連桿小頭的最有效結(jié)構(gòu)措施是減小小頭的最有效結(jié)構(gòu)措施是減小（最小到（最小到9090）4)由壓縮壓縮載荷所引起的小頭應(yīng)力由壓縮壓縮載荷所引起的小頭應(yīng)力 a.連桿小頭所受的最大壓縮載荷連桿小頭所受的最大壓縮載荷 F c= Fz- F j 式中：式中：Fz作用在活塞上的氣壓力作用在活塞上的氣壓力（N） Fz=(Fg-1)D2/4 由于連桿小頭與桿身相連，剛度由于連

12、桿小頭與桿身相連，剛度大。因此假定壓縮載荷大。因此假定壓縮載荷F c在小頭下在小頭下半圓上稱余弦分布（如圖半圓上稱余弦分布（如圖3-10）較合）較合理。很顯然，壓縮載荷的大部分理。很顯然，壓縮載荷的大部分（0180180-范圍內(nèi)范圍內(nèi) ）直接在桿）直接在桿身上，并不在小頭中引起應(yīng)力，只有身上，并不在小頭中引起應(yīng)力，只有一小部分載荷一小部分載荷（180-9 90）使小頭變形。）使小頭變形。圖圖3-10連桿小頭受壓時連桿小頭受壓時載荷分布和固定腳載荷分布和固定腳圖圖d 壓縮載荷引起的應(yīng)力壓縮載荷引起的應(yīng)力壓壓縮載荷載荷b.連桿小頭任意斷面處的彎矩和法向力：連桿小頭任意斷面處的彎矩和法向力： 在在0

13、 9090時：時： M1c=M0c+ N0c rm(1-cos) N1c = N0c cos 在在9090 時：時： M2c=M0c+ N0c rm(1-cos) - 0.5 F c rm( ) N2c = N0c cos +0.5 F c ( )式中：式中：( )=（0.5 - / ）sin - (1/)cos 選取不同的固定角選取不同的固定角，即可列出，即可列出( )值表格。值表格。圖圖d為應(yīng)力為應(yīng)力a和和i 的分布情況，與拉的分布情況，與拉伸載荷相似，當(dāng)固定角增大時，應(yīng)力不伸載荷相似，當(dāng)固定角增大時，應(yīng)力不均勻性及最大值均急劇增長，均勻性及最大值均急劇增長，且比拉伸載荷更嚴(yán)重。且比拉伸載

14、荷更嚴(yán)重。圖圖3-11確定不同確定不同值時的值時的N0和和M0的曲線的曲線小頭在拉伸載荷作用下，在任意斷面上產(chǎn)生的內(nèi)、外表應(yīng)力，以小頭在拉伸載荷作用下，在任意斷面上產(chǎn)生的內(nèi)、外表應(yīng)力，以及小頭在壓縮載荷下，在任意斷面上產(chǎn)生的內(nèi)、外表應(yīng)力均用下列及小頭在壓縮載荷下，在任意斷面上產(chǎn)生的內(nèi)、外表應(yīng)力均用下列公式計算：公式計算：=2=2M(6(6rm+h)/+h)/h(2r(2rm+h)+h)+KNKN/h i =-2M(6 rm-h）/ h（2 rm-h）+KN/h 式中：式中：M M、NN按前面計算結(jié)果；按前面計算結(jié)果；K K考慮到連桿小頭和襯套在載荷作用下一起變形共同分擔(dān)法向載考慮到連桿小頭和襯

15、套在載荷作用下一起變形共同分擔(dān)法向載荷的系數(shù)，荷的系數(shù)，K K= =EFEF/ /（EF+EF），），E、E連桿材料和襯套材料的彈性模數(shù)；連桿材料和襯套材料的彈性模數(shù)；F 連桿小頭斷面積，連桿小頭斷面積，F(xiàn)=F=（D D1 1-d-d）B B1 1F襯套截面積，襯套截面積，F(xiàn)= =（d-dd-d1 1）B B1 1H H 小頭壁厚，小頭壁厚，h h = =（D D1 1-d-d）/2/25)小頭的疲勞強度安全系數(shù)固定角固定角斷面斷面mnmn是連桿小頭強度最薄弱處在多數(shù)情況下，外側(cè)纖維上的是連桿小頭強度最薄弱處在多數(shù)情況下，外側(cè)纖維上的m m點應(yīng)力變化幅度最大，因而也是最危險的。但有時是內(nèi)纖維上

16、的點應(yīng)力變化幅度最大，因而也是最危險的。但有時是內(nèi)纖維上的n n點最危險，點最危險，所以一般要驗算這兩點的疲勞安全系數(shù)。所以一般要驗算這兩點的疲勞安全系數(shù)。危險點的極限應(yīng)力：危險點的極限應(yīng)力：m m點：點： n n點：點： 應(yīng)力幅：應(yīng)力幅： a=(max-min)/2a=(max-min)/2 平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：m=(max+min)/2 m=(max+min)/2 小頭安全系數(shù)小頭安全系數(shù)n（m點或點或n點）點） acaoajaominmax)0( ,)0( ,00min0maxijiijijiici nnmaz1式中：式中：-1z-1z材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限材料在對稱循環(huán)下的拉壓

17、疲勞極限, ,碳鋼碳鋼-1z-1z=2.0=2.02.52.510102 2N/mmN/mm2 2, ,合金鋼合金鋼-1z-1z=2.2=2.23.53.510102 2N/mmN/mm2 2；工藝系數(shù)，工藝系數(shù)， =0.4=0.40.60.6； 角系數(shù)角系數(shù), , =(2=(2-1-1- -0 0)/)/0 0考慮到連桿工作中由于偏斜引起的壓力沿軸向分布不均勻及活塞考慮到連桿工作中由于偏斜引起的壓力沿軸向分布不均勻及活塞卡缸可能性，一般取卡缸可能性，一般取n=1.5n=1.52.5,2.5,在此處取最小值在此處取最小值n=1.5n=1.5 nnmaz16) 連桿小端的剛度校核 當(dāng)連桿小頭與浮

18、式活塞銷相配時，小頭必須有足夠的剛度，以免當(dāng)連桿小頭與浮式活塞銷相配時，小頭必須有足夠的剛度，以免因小頭變形過大影響軸承間隙，使活塞銷與襯套互相咬死。根據(jù)使因小頭變形過大影響軸承間隙，使活塞銷與襯套互相咬死。根據(jù)使用經(jīng)驗，由拉伸載荷引起的小頭橫向直徑收縮量用經(jīng)驗，由拉伸載荷引起的小頭橫向直徑收縮量 應(yīng)比間隙小一半應(yīng)比間隙小一半以上（考慮活塞銷也有變形）。以上（考慮活塞銷也有變形）。 可按以下半經(jīng)驗公式計算：可按以下半經(jīng)驗公式計算：式中：式中：dm小頭平均直徑，小頭平均直徑， I小頭斷面的慣性矩小頭斷面的慣性矩 ， I = =B B1 1 h h3 3/12/12 B B1 1小頭寬度；小頭寬度

19、； h h 斷面高斷面高; ;EIdFmj6231090 (二二) 連桿桿身連桿桿身 1.桿身結(jié)構(gòu)設(shè)計桿身結(jié)構(gòu)設(shè)計 桿身是指連桿大頭和小頭之間的細(xì)長桿部分。桿身承受交變載荷，可能產(chǎn)桿身是指連桿大頭和小頭之間的細(xì)長桿部分。桿身承受交變載荷，可能產(chǎn)生疲勞破壞和變形，連桿高速擺動時的橫向慣性力也會使連桿彎曲變形，因此生疲勞破壞和變形，連桿高速擺動時的橫向慣性力也會使連桿彎曲變形，因此連桿必需有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素。據(jù)工作可靠的發(fā)動機(jī)連桿必需有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素。據(jù)工作可靠的發(fā)動機(jī)的統(tǒng)計表明：的統(tǒng)計表明： 汽油機(jī)：汽油機(jī)：Am / Ah=0.020.035 柴油機(jī)

20、：柴油機(jī)：Am / Ah=0.030.05Am 桿身平均斷面積、桿身平均斷面積、Ah活塞面積活塞面積 為了在較小的重量下得到較大的為了在較小的重量下得到較大的剛度高速內(nèi)燃機(jī)的連桿桿身斷面積為剛度高速內(nèi)燃機(jī)的連桿桿身斷面積為工字形結(jié)構(gòu)工字形結(jié)構(gòu)(增強桿身的壓桿穩(wěn)定性。增強桿身的壓桿穩(wěn)定性。 桿身彎曲失穩(wěn)會影響整個工作過程，機(jī)械桿身彎曲失穩(wěn)會影響整個工作過程，機(jī)械效率，加劇磨損，甚至連桿斷裂效率，加劇磨損，甚至連桿斷裂)，長軸，長軸在擺動平面內(nèi)，考慮慣性力以不同連在擺動平面內(nèi)，考慮慣性力以不同連桿截面的變化，從小頭到大頭截面逐漸增大。（如圖桿截面的變化，從小頭到大頭截面逐漸增大。（如圖-連桿桿身三

21、維模型）連桿桿身三維模型） 在在“工工”字型斷面桿身中，長軸字型斷面桿身中，長軸Y-Y應(yīng)在連桿擺動平面內(nèi)，這是由于連桿在擺應(yīng)在連桿擺動平面內(nèi)，這是由于連桿在擺動平面內(nèi)上下兩端的連接相當(dāng)于鉸支動平面內(nèi)上下兩端的連接相當(dāng)于鉸支(圖圖a)，而在垂直連桿擺動平面的方向，其，而在垂直連桿擺動平面的方向，其上下兩頭的連接則相當(dāng)于兩端上下兩頭的連接則相當(dāng)于兩端固定的壓桿（圖固定的壓桿（圖b）故后者穩(wěn)）故后者穩(wěn)定性好，允許的失穩(wěn)臨界力大。定性好，允許的失穩(wěn)臨界力大。若連桿在相同載荷作用下，在若連桿在相同載荷作用下，在擺動平面和曲軸軸線平面內(nèi)擺動平面和曲軸軸線平面內(nèi)（非擺動平面）兩個平面內(nèi)的（非擺動平面）兩個平

22、面內(nèi)的壓桿穩(wěn)定性相同，則必須使非壓桿穩(wěn)定性相同，則必須使非擺動平面內(nèi)的慣性矩擺動平面內(nèi)的慣性矩Ix44Iy，Iy為為連桿在擺動平面內(nèi)的慣性連桿在擺動平面內(nèi)的慣性矩。據(jù)統(tǒng)計矩。據(jù)統(tǒng)計Ix =(23) Iy，這，這就使得連桿在垂直于擺動平面就使得連桿在垂直于擺動平面內(nèi)有較大的抗彎能力。內(nèi)有較大的抗彎能力。 工字形斷面的平均工字形斷面的平均高度與氣缸直徑的比值為：高度與氣缸直徑的比值為：汽油機(jī)：汽油機(jī)：H/D=0.20.3；柴油機(jī)：柴油機(jī)：H/D=0.30.4 。 工字形斷面的高寬比工字形斷面的高寬比 H/B=1.41.8。對于汽車發(fā)動機(jī)對于汽車發(fā)動機(jī)B的初步的初步值：值：D、S分別為氣缸的直徑和沖

23、程。為使連桿從小頭到大頭傳力比較均分別為氣缸的直徑和沖程。為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，一般把桿身斷面勻，一般把桿身斷面H從小頭到大頭逐漸增大，從小頭到大頭逐漸增大， Hmax /Hmin值最大值最大到到1.3左右，在小頭和大頭的過度處需用足夠大的圓角半徑。左右，在小頭和大頭的過度處需用足夠大的圓角半徑。DSB61 DSB61 2.桿身的強度計算 連桿桿身在不對稱的交連桿桿身在不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計算截面上作往復(fù)到位于計算截面上作往復(fù)運動質(zhì)量的慣性力的拉伸。運動質(zhì)量的慣性力的拉伸。在爆發(fā)行程，則受到燃?xì)庠诒l(fā)行程，則受到燃?xì)鈮毫蛻T性力差值的壓縮，壓

24、力和慣性力差值的壓縮，桿身的應(yīng)力幅桿身的應(yīng)力幅 只決定于只決定于氣壓力氣壓力Fg，而慣性力，而慣性力Fj只只影響平均應(yīng)力影響平均應(yīng)力m m ，所以其，所以其最大工況應(yīng)為最大扭矩工最大工況應(yīng)為最大扭矩工況。況。 為計算疲勞強度安全為計算疲勞強度安全系數(shù)，必需先求出計算斷系數(shù)，必需先求出計算斷面的最大拉伸、壓縮應(yīng)力，面的最大拉伸、壓縮應(yīng)力，現(xiàn)取中央斷面現(xiàn)取中央斷面-作為計作為計算斷面。算斷面。1)拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力j由最大拉伸力由最大拉伸力Fj引起的拉伸應(yīng)力引起的拉伸應(yīng)力j j= Fj /m式中：式中： m-斷面的橫斷面積，現(xiàn)代汽油機(jī)斷面的橫斷面積，現(xiàn)代汽油機(jī)m/Fp=0.020.035，F(xiàn)p為活塞

25、面積；為活塞面積；2) 壓縮應(yīng)力壓縮應(yīng)力c 在計算由最大壓縮力在計算由最大壓縮力F c 引起的壓縮應(yīng)力時必需考慮縱彎曲的引起的壓縮應(yīng)力時必需考慮縱彎曲的影響，即它的總應(yīng)力應(yīng)是桿身受壓產(chǎn)生的應(yīng)力與縱彎曲造成的附加影響，即它的總應(yīng)力應(yīng)是桿身受壓產(chǎn)生的應(yīng)力與縱彎曲造成的附加應(yīng)力之和。應(yīng)力之和。 在擺動平面YY內(nèi)的合成應(yīng)力： 在垂直擺動平面的平面在垂直擺動平面的平面XX內(nèi)的合成應(yīng)力：內(nèi)的合成應(yīng)力： 式中：式中：C系數(shù)，系數(shù)， 對于常用鋼材對于常用鋼材C =0.00030.0004， Ix計算平面內(nèi)對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩計算平面內(nèi)對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩 Iy計算斷面對于擺動平面的軸線的慣

26、性矩計算斷面對于擺動平面的軸線的慣性矩 令令 對現(xiàn)有連桿，對現(xiàn)有連桿，k1k11.11.11.15mCmxfFfILc 211 mCmyfFfILc 4122 ECE2 33121htBBHIx 33121htBtHIy mxfILck211 myfILck4122 3）疲勞安全系數(shù)）疲勞安全系數(shù)n 兩個平面內(nèi)的安全系數(shù)兩個平面內(nèi)的安全系數(shù)nx、ny應(yīng)分別求取應(yīng)分別求取max1minj應(yīng)力幅：應(yīng)力幅： =(=(maxmax- - minmin)/2)/2平均應(yīng)力：平均應(yīng)力： m m=(=(maxmax+ + minmin)/2)/2 XX平面內(nèi)： YY平面內(nèi)： minj應(yīng)力幅：應(yīng)力幅： =(=

27、(maxmax- - minmin)/2)/2平均應(yīng)力：平均應(yīng)力： m=(maxmax+ minmin)/2 nnmaz1桿身大安全系數(shù)桿身大安全系數(shù)n許用范許用范圍為圍為1.51.5，其他數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)參照小頭計算。參照小頭計算。當(dāng)連桿桿身在貼近小頭當(dāng)連桿桿身在貼近小頭處收縮很大時，由于尺處收縮很大時，由于尺寸減小，有可能成為危寸減小，有可能成為危險斷面此時該斷面也必險斷面此時該斷面也必須進(jìn)行校核，所計算公須進(jìn)行校核，所計算公式同前，此時拉壓應(yīng)力式同前，此時拉壓應(yīng)力不考慮附加應(yīng)力。不考慮附加應(yīng)力。max= 2三、連桿大頭三、連桿大頭連桿大頭必須具有足夠剛度。 剛度不足是導(dǎo)致發(fā)生抱軸、燒瓦、減

28、摩材料疲勞剝落和連桿螺栓斷裂等一系列故障的原因之一。因此連桿大頭的設(shè)計應(yīng)使連汗大頭具有足夠剛度，桿身與大頭之間具有平滑地過渡，并盡量減小連桿螺栓之間的跨度，通常在連桿螺栓孔和大頭之間只留出1.0-1.5mm的很薄的壁厚，而螺栓孔外側(cè)的壁卻應(yīng)較厚，一般不小于2mm。 如圖(a)所示是連桿大頭部分最常發(fā)生的一種疲勞破壞。為了減小該處的應(yīng)力集中，連桿大頭上為連桿螺栓或螺母所設(shè)的支撐面與連桿體之間的過渡圓角的半徑應(yīng)不小于0.5mm，但因布置所限，圓角半徑不夠大時，可用大半徑沉割減小應(yīng)力集中，如圖(b)。設(shè)計時注意支承面銑切深度不應(yīng)太深，如圖(c) 。 在四沖程式內(nèi)燃機(jī)上，進(jìn)氣行程始點處的往復(fù)慣性力和連

29、桿大頭的回轉(zhuǎn)運動慣性力疊加在一起，它們具有使連桿大頭蓋承受彎曲的作用。為了減小大頭蓋變形，需要想法提高大頭蓋的剛度，在大頭蓋上都設(shè)有加強肋，如圖所示。肋有助子軸承散熱，并且螺孔的四周也應(yīng)布置較多的金屬，以提高螺栓支座部分的剛度。 但是，二沖程發(fā)動機(jī)的大頭蓋不受載荷，無需加強。連桿大頭大頭蓋上都設(shè)有加強肋連桿大頭與連桿大頭蓋的分開面大多是垂直子連桿桿身軸線，這種連桿大頭叫做是平切口的，如圖(a) 所示。有些內(nèi)燃機(jī)的連桿采用斜切口大頭，此時分開面與連桿桿身軸線成某一傾斜角，如圖 (b) 所示，傾斜角一般是30-60。只是在迫不得已的情況下，由于下列原因才采用斜切口：（1）由于曲軸的曲柄銷較粗，如果

30、采用平切口，大頭尺寸就要超過氣缸孔的內(nèi)徑，為了使連桿能夠通過氣缸孔進(jìn)行拆裝就需采用斜切口的大頭?？梢钥闯?，當(dāng)把大頭端蓋拆掉之后，這種大頭的尺寸可以小的很多。（2）為了使螺栓偏向一邊，使得便于通過曲軸箱側(cè)壁上的窗口拆裝連桿螺栓。(a)(b)連桿大頭連桿大頭（1）設(shè)計要求設(shè)計要求：a 足夠的剛度 b 較輕的質(zhì)量 c 能從氣缸中取出（2）結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式： 平切口連桿平切口連桿：當(dāng)BoD，承載能力大、剛度小、質(zhì)量重、定位難、螺栓承受剪切應(yīng)力。 YD490柴油機(jī) 連桿 YZ495柴油機(jī)連桿 鋸齒定位鋸齒定位 定位套筒定位套筒 定位銷定位銷 止口定位止口定位 裂解工藝優(yōu)點：裂解工藝優(yōu)點：1.同時同時兩個

31、方向的定位；兩個方向的定位；2.抗剪抗剪切能力強；切能力強；3.兩個連桿螺兩個連桿螺栓距離短，連桿大頭寬度栓距離短，連桿大頭寬度??；??；4.節(jié)省加工工藝，成節(jié)省加工工藝，成本低。本低。裂解裂解定位方式：定位方式：套筒定位套筒定位：成本低，簡單，結(jié)構(gòu)笨重。：成本低，簡單，結(jié)構(gòu)笨重。定位銷定位定位銷定位：成本低，簡單，定位不精確。：成本低，簡單，定位不精確。 止口定位止口定位：成本低，簡單，定位不精確。：成本低，簡單，定位不精確。鋸齒定位鋸齒定位：成本高，定位精確，工作可靠。：成本高，定位精確，工作可靠。裂解定位裂解定位：成本低，定位精確，孔不變形，工作可靠：成本低，定位精確，孔不變形，工作可靠其

32、它尺寸其它尺寸：H3略小于略小于H4，為，為0.30.5D。 螺孔中心距：平切口：螺孔中心距：平切口：C=（1.241.31）D 斜切口：斜切口：C=（1.311.47）D螺栓與螺釘：斜切口均用螺釘，平切口兩種都用。螺栓與螺釘：斜切口均用螺釘，平切口兩種都用。 螺釘螺釘：連桿體應(yīng)力集中緩解，但對螺栓要求高，要滾壓螺紋。：連桿體應(yīng)力集中緩解，但對螺栓要求高，要滾壓螺紋。定位段在中間，易產(chǎn)生永久性彎曲而卡死。定位段在中間，易產(chǎn)生永久性彎曲而卡死。 螺栓螺栓： 連桿大頭應(yīng)力集中嚴(yán)重，定位段在螺栓頭部，不易連桿大頭應(yīng)力集中嚴(yán)重，定位段在螺栓頭部，不易卡死?？ㄋ?。（3） 提高連桿大頭的措施：提高連桿大頭

33、的措施： 消除應(yīng)力集中，增大消除應(yīng)力集中，增大H3、H4，各處形狀圓滑過渡，經(jīng)可，各處形狀圓滑過渡，經(jīng)可能采用螺釘連接。能采用螺釘連接。 在危險截面局部加強。在危險截面局部加強。（4）連桿大頭的強度校核）連桿大頭的強度校核 由于形狀復(fù)雜，一般只對大頭蓋的強度作比較性的校核計算，連桿受壓時，大頭蓋由于形狀復(fù)雜，一般只對大頭蓋的強度作比較性的校核計算，連桿受壓時，大頭蓋基本不受力，而在進(jìn)氣沖程開始的上止點，受到最大慣性力基本不受力，而在進(jìn)氣沖程開始的上止點，受到最大慣性力F j 的拉伸：的拉伸： F j=(M+ M1)r2(1+)+(M2-M3) r2式中：式中：M活塞組的質(zhì)量活塞組的質(zhì)量、 M1

34、連桿往復(fù)部分的質(zhì)量連桿往復(fù)部分的質(zhì)量 、 M2連桿連桿旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量、M3 連桿大頭蓋的質(zhì)量。連桿大頭蓋的質(zhì)量。 計算工況為最高轉(zhuǎn)速工況計算工況為最高轉(zhuǎn)速工況 大頭蓋的簡化計算以下列假定為基礎(chǔ)：大頭蓋的簡化計算以下列假定為基礎(chǔ)：通過連桿螺栓的緊固連接，可把大頭通過連桿螺栓的緊固連接，可把大頭蓋與桿身近似的視為一體，彈性的大蓋與桿身近似的視為一體，彈性的大頭蓋支撐在剛性的連桿體上（如圖頭蓋支撐在剛性的連桿體上（如圖3-17），），固定角為固定角為 0 0，大頭蓋的計算斷，大頭蓋的計算斷面面A-AA-A繞此固定截面發(fā)生位移，繞此固定截面發(fā)生位移，C C/2C=(1.24-1.31/

35、2C=(1.24-1.31）D D2 2螺栓空間距離螺栓空間距離 為曲梁的曲率半徑。為曲梁的曲率半徑。力力F j通過曲柄銷作用在大頭蓋上系通過曲柄銷作用在大頭蓋上系按余弦規(guī)律分布。按余弦規(guī)律分布。以一定過盈安裝在大頭中的軸瓦與大以一定過盈安裝在大頭中的軸瓦與大頭一起變形，軸瓦與大頭承受的彎矩頭一起變形，軸瓦與大頭承受的彎矩與慣性矩成正比，而承受的法向力與與慣性矩成正比，而承受的法向力與截面積成正比。大頭壁為等截面。截面積成正比。大頭壁為等截面。圖圖3-17確定連桿大頭應(yīng)力和應(yīng)力見簡圖確定連桿大頭應(yīng)力和應(yīng)力見簡圖在圖在圖3-17中中A-A截面上的彎矩和法向力可用下面的半經(jīng)驗公式截面上的彎矩和法向

36、力可用下面的半經(jīng)驗公式求出：求出：計入軸瓦后，大頭蓋截面計入軸瓦后，大頭蓋截面A-A承受的彎矩和法向力為：承受的彎矩和法向力為： 0000830012702 .CFMjA 200083001270110 .IICFIIMMjAA 000305220 .FNjA 00030522011 .IIFIINNjAA 由此得到大頭蓋中央截面由此得到大頭蓋中央截面A-A的合成應(yīng)力：的合成應(yīng)力： 式中：式中： I大頭軸瓦截面的大頭軸瓦截面的慣性矩， I=B2（D2-D2）3 / 12 I大頭截面的慣性矩，大頭截面的慣性矩， I=B2（D-D2）3 / 12 F1 大頭蓋截面積，大頭蓋截面積，F(xiàn)1= (D-D

37、2)2/4 F 大頭軸瓦截面積，大頭軸瓦截面積，F(xiàn)= (D2- - D2)2/4 W 大頭蓋截面的抗彎系數(shù)，大頭蓋截面的抗彎系數(shù)，W =B2(D-D2)2/6通常取通常取0=40，則上式變?yōu)閯t上式變?yōu)? 高速汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)材料為碳鋼、合金鋼時，高速汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)材料為碳鋼、合金鋼時， 1110011003052201200083001270FFF.IIW.cFFNWMjAAA jAFF.WC.F11400230 （5）連桿大頭的剛度校核）連桿大頭的剛度校核 大頭包括大頭蓋在內(nèi)是為一體，其橫向直徑收縮量可按下列公式計算： 為保證連桿軸承工作可靠，不應(yīng)超過軸頸與軸承配合間隙的一半。 jII

38、ECF. 30240 在原模型中，整個連桿的最小安全系數(shù)出現(xiàn)在小頭孔底部，約為0.96。在改進(jìn)后模型中，最小安全系數(shù)也出現(xiàn)在此部位約為1.11，比原模型提高了15.6。模型中單側(cè)油孔的最低安全系數(shù)為1.634，而在改進(jìn)后的模型中開對稱油孔，油孔的最小安全系數(shù)為2.071。安全系數(shù)提高了26.7。第三節(jié)第三節(jié) 連桿螺栓的設(shè)計連桿螺栓的設(shè)計 為了改善軸承的工作條件，人們力圖加大曲柄銷直徑，為了改善軸承的工作條件，人們力圖加大曲柄銷直徑，連桿螺栓的布置位置非常有限，其尺寸不能太大，而所受載連桿螺栓的布置位置非常有限，其尺寸不能太大，而所受載荷又很大。荷又很大。要盡可能提高其結(jié)構(gòu)強度和抗疲勞勞能力要盡

39、可能提高其結(jié)構(gòu)強度和抗疲勞勞能力 可通過適當(dāng)選用材料、可通過適當(dāng)選用材料、合理設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀、合理設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀、 采取相應(yīng)工藝措施等。采取相應(yīng)工藝措施等。一、受力分析一、受力分析 四沖程發(fā)動機(jī)工作時，連桿螺栓承受的最大拉伸載荷按照四沖程發(fā)動機(jī)工作時，連桿螺栓承受的最大拉伸載荷按照式：式： F j=(M+ M1)r2(1+)+(M2- M3) r2 M活塞組的質(zhì)量活塞組的質(zhì)量、M1連桿往復(fù)部分的質(zhì)量連桿往復(fù)部分的質(zhì)量 、 M2連桿連桿旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量、 M3 連桿大頭蓋的質(zhì)量。連桿大頭蓋的質(zhì)量。來計算，假定連桿用來計算，假定連桿用i個螺栓，則每個螺栓所受的工作載荷為：個螺栓，則每個螺

40、栓所受的工作載荷為： F=（1/ i ）F j= （1/ i ）(M+ M1)r2(1+)+(M2- M3) r2 對斜切口連桿來說，連桿螺栓所對斜切口連桿來說，連桿螺栓所承受的拉伸載荷相應(yīng)減少為承受的拉伸載荷相應(yīng)減少為: F= Fcos =（1/ i ）F j cos 式中，式中，為連桿體與連桿蓋接合面為連桿體與連桿蓋接合面與垂直連桿縱軸的平面間的夾角，如圖。與垂直連桿縱軸的平面間的夾角，如圖。 膨脹沖程上止點時氣壓力大于慣性力，連桿體壓在曲柄銷上，膨脹沖程上止點時氣壓力大于慣性力，連桿體壓在曲柄銷上，螺栓的最小工作載荷為零，所以螺栓的工作載荷是交變的脈動載荷。螺栓的最小工作載荷為零，所以螺

41、栓的工作載荷是交變的脈動載荷。 為了防止連桿體和連桿蓋的接合面在上述工作載荷的拉伸下脫為了防止連桿體和連桿蓋的接合面在上述工作載荷的拉伸下脫開，在裝配時需加足夠的預(yù)緊力開，在裝配時需加足夠的預(yù)緊力F1 。而為壓平軸瓦對孔座的過盈量。而為壓平軸瓦對孔座的過盈量(周向過盈量周向過盈量)，使軸瓦緊貼瓦座，裝配時還應(yīng)加一預(yù)緊力，使軸瓦緊貼瓦座，裝配時還應(yīng)加一預(yù)緊力F2，該兩，該兩力之和力之和F0稱為螺栓預(yù)緊力，是一靜裁荷，但數(shù)值很大，一般可高達(dá)稱為螺栓預(yù)緊力，是一靜裁荷，但數(shù)值很大，一般可高達(dá)工作載荷工作載荷F j的的67倍。倍。 F0=F1+F2 F0= (67) F j二、連桿螺栓、連接件的載荷二

42、、連桿螺栓、連接件的載荷-變形關(guān)系變形關(guān)系 要正確地選擇要正確地選擇F0，必須進(jìn)一步分析內(nèi)燃機(jī)螺栓和大頭的載荷與，必須進(jìn)一步分析內(nèi)燃機(jī)螺栓和大頭的載荷與變形的情況。為了簡化問題，暫不考慮軸瓦的影響。設(shè)螺栓抗拉剛變形的情況。為了簡化問題，暫不考慮軸瓦的影響。設(shè)螺栓抗拉剛度為度為C1。，大頭抗壓剛度為。，大頭抗壓剛度為C2 ，在預(yù)緊力，在預(yù)緊力F0作用下，螺栓拉伸變形作用下，螺栓拉伸變形為為01大頭相應(yīng)壓縮變形為大頭相應(yīng)壓縮變形為02 ，如圖，如圖3-9所示為它們各自的載荷所示為它們各自的載荷變變形關(guān)系。形關(guān)系。 1)如圖如圖3-9所示，預(yù)緊力所示，預(yù)緊力F0作用后，連桿螺栓的變形為作用后，連桿螺

43、栓的變形為01、連桿、連桿大頭的變形為大頭的變形為02 ， 則剛度分別為：則剛度分別為： C1=tan = F0/01 C2 =tan= F0/02圖圖3-9 螺栓與連桿體的剛度曲線螺栓與連桿體的剛度曲線 2)在工作載荷在工作載荷Fj作用下，螺栓作用下，螺栓被進(jìn)一步拉長被進(jìn)一步拉長，而大頭的彈性，而大頭的彈性壓縮變形則減少壓縮變形則減少，于是原來螺，于是原來螺栓與大頭之間的互為反作用的預(yù)栓與大頭之間的互為反作用的預(yù)緊力緊力F0就被部分卸載，變?yōu)闅堄嗑捅徊糠中遁d，變?yōu)闅堄囝A(yù)緊力預(yù)緊力F0 。因此螺栓所受載荷。因此螺栓所受載荷為：為： Fmax= F0+ Fj = F0+Fj式中，式中，F(xiàn)j為動載

44、部分，決定應(yīng)為動載部分，決定應(yīng)力幅值的大小，力幅值的大小， 為基本動載系為基本動載系數(shù)，數(shù)， =FFj 。1CFtanj 21CFtanj 1121jjFFCCtantan圖圖 a 負(fù)荷負(fù)荷-變形圖變形圖所以： 由上式可以看出，基本載荷系數(shù)由上式可以看出，基本載荷系數(shù)取決于連接件（連桿螺栓）和被連接件取決于連接件（連桿螺栓）和被連接件（連桿大頭）剛度之比。螺栓抗拉剛度（連桿大頭）剛度之比。螺栓抗拉剛度C1增加，基本載荷系數(shù)增加，基本載荷系數(shù)增加，即動載荷增加，即動載荷變大，疲勞應(yīng)力變大。據(jù)統(tǒng)計資料有：變大，疲勞應(yīng)力變大。據(jù)統(tǒng)計資料有： C2/C1=26, =0.140.33(其常用范圍在其常用

45、范圍在=0.200.25)。 越小，動載荷部分相對愈小，越小，動載荷部分相對愈小，對螺栓抗疲勞能力愈有力，因?qū)β菟蛊谀芰τ辛?，因此，在實踐中應(yīng)提高連接件的此，在實踐中應(yīng)提高連接件的柔度和被連接件的剛度。其他柔度和被連接件的剛度。其他條件不變，螺栓剛度增大后帶條件不變，螺栓剛度增大后帶來的弊病見圖來的弊病見圖 c)。圖圖 c 螺栓剛度太大使其動載荷加大螺栓剛度太大使其動載荷加大由圖由圖b可以看出對應(yīng)一定的預(yù)緊力可以看出對應(yīng)一定的預(yù)緊力F0 ，有一個臨界工作載荷，此時對應(yīng)連桿，有一個臨界工作載荷，此時對應(yīng)連桿大頭結(jié)合面間壓力為零，若最大工作載荷超過此值，結(jié)合面就會脫開，進(jìn)一步增大頭結(jié)合面間壓

46、力為零，若最大工作載荷超過此值，結(jié)合面就會脫開，進(jìn)一步增大那部分工作負(fù)荷就會立即全部加到螺栓上去，使螺栓應(yīng)力幅增大，同時結(jié)合面大那部分工作負(fù)荷就會立即全部加到螺栓上去，使螺栓應(yīng)力幅增大，同時結(jié)合面相互沖擊，最后必然導(dǎo)致螺栓疲勞破壞。所以，為了保證工作時結(jié)合面不脫開，相互沖擊，最后必然導(dǎo)致螺栓疲勞破壞。所以，為了保證工作時結(jié)合面不脫開，在理論上殘余預(yù)緊力必需滿足：在理論上殘余預(yù)緊力必需滿足：F0= F0 -（1-） F j = F0- (0.750.80) F j 0 即預(yù)緊力與工作載荷間必須保持以下關(guān)系：即預(yù)緊力與工作載荷間必須保持以下關(guān)系：F0(0.750.80) F j考慮到連桿蓋與連桿體

47、之間結(jié)合面考慮到連桿蓋與連桿體之間結(jié)合面載荷分布的不均勻性，以及發(fā)動機(jī)超速載荷分布的不均勻性，以及發(fā)動機(jī)超速和活塞拉缸時螺栓連接的緊密性，長多和活塞拉缸時螺栓連接的緊密性，長多取儲備量取儲備量(1.41.7) F j ?？紤]壓緊軸瓦。考慮壓緊軸瓦需要消耗的預(yù)緊力需要消耗的預(yù)緊力F2，所以連桿螺栓的，所以連桿螺栓的預(yù)緊力一般為：預(yù)緊力一般為： F0= (22.5) F j+ F2對于斜切口連桿，每個螺栓所受的對于斜切口連桿，每個螺栓所受的預(yù)緊力為：預(yù)緊力為：F0= F2 + F1 cos 圖圖 b 預(yù)緊力不足導(dǎo)致螺栓負(fù)荷脈動突然增大預(yù)緊力不足導(dǎo)致螺栓負(fù)荷脈動突然增大3)考慮超速、拉缸、軸瓦過盈量

48、的影響因素考慮超速、拉缸、軸瓦過盈量的影響因素 由于連桿螺栓的預(yù)緊力由于連桿螺栓的預(yù)緊力F0對其工作可靠性有很大影響，巋須在裝對其工作可靠性有很大影響，巋須在裝配時對配時對F0值嚴(yán)加控制。目前在生產(chǎn)中都是通過用扭力扳手控制預(yù)緊力值嚴(yán)加控制。目前在生產(chǎn)中都是通過用扭力扳手控制預(yù)緊力矩矩M(Nm)來間接控制來間接控制F0的，而這兩者之間的關(guān)系與螺紋中以及螺母的，而這兩者之間的關(guān)系與螺紋中以及螺母(或螺釘頭或螺釘頭)端面與支承面之間的摩擦有很大關(guān)系。端面與支承面之間的摩擦有很大關(guān)系。式中：式中：dM為連桿螺栓螺紋外徑為連桿螺栓螺紋外徑(mm) ； s為螺距為螺距(mm)； 為摩擦因數(shù)；為摩擦因數(shù)；R

49、m為螺母或螺釘頭支承環(huán)面平均半徑。為螺母或螺釘頭支承環(huán)面平均半徑。在一般情況下，在一般情況下， s/ dM=1/81/120.1， Rm / dM=0.6， =1.5，則得：，則得： M 0.2 F0 dM10-2 MmMMdR.fds.dF.M60160001004)連桿螺栓的屈服強度的校核和疲勞計算連桿螺栓的屈服強度的校核和疲勞計算 連桿螺栓預(yù)緊力不足不能保證連接的可靠性，但預(yù)緊力過大則連桿螺栓預(yù)緊力不足不能保證連接的可靠性，但預(yù)緊力過大則可能引起材料屈服，最后仍會使連接松弛，因此必須校核屈服的可可能引起材料屈服，最后仍會使連接松弛，因此必須校核屈服的可能性：能性： 式中：式中： 0 0連

50、桿螺栓最小斷面積。許用屈服極限連桿螺栓最小斷面積。許用屈服極限 s s=s s/n/n；n=1.52.0。在初步設(shè)計時，可根據(jù)氣缸直徑。在初步設(shè)計時，可根據(jù)氣缸直徑D來選擇連桿螺紋直徑來選擇連桿螺紋直徑dM 。根據(jù)統(tǒng)計。根據(jù)統(tǒng)計dM =(0.10.12)D（汽油機(jī)）和（汽油機(jī)）和 (0.120.14)D（柴油（柴油機(jī)）。缸徑較大的柴油機(jī)，每連桿用四個螺栓，是軸瓦壓緊均勻機(jī)）。缸徑較大的柴油機(jī)，每連桿用四個螺栓，是軸瓦壓緊均勻（如（如6120、150系列等），則螺栓直徑可以相應(yīng)減小系列等），則螺栓直徑可以相應(yīng)減小 dM =(0.090.095)D。 sjfFF 000 連桿螺栓所受拉力在連桿螺栓

51、所受拉力在Fmin=F0和和Fmax=F0+F j 之間變化，則名之間變化，則名義應(yīng)力義應(yīng)力min= F0/ ，max = (F0+ F j) /(螺栓桿部和螺栓根部螺栓桿部和螺栓根部 是不同是不同的，須分別代入的，須分別代入) )。 對螺栓桿部和螺栓根部分別按公式對螺栓桿部和螺栓根部分別按公式: :計算疲勞安全系數(shù)，計算疲勞安全系數(shù)，n n必須必須22。螺紋根部應(yīng)力集中系數(shù)。螺紋根部應(yīng)力集中系數(shù)k取取4.54.5，螺，螺紋桿過渡圓角處取紋桿過渡圓角處取1.51.5。 nnmaz15)設(shè)計要求設(shè)計要求 根據(jù)以上的分析，連桿螺栓在設(shè)計時應(yīng)首先滿根據(jù)以上的分析，連桿螺栓在設(shè)計時應(yīng)首先滿足有足夠的抗

52、拉強度，在預(yù)緊力和工作載荷下不足有足夠的抗拉強度，在預(yù)緊力和工作載荷下不產(chǎn)生塑性變形，而且要有足夠的耐疲勞載荷能力產(chǎn)生塑性變形，而且要有足夠的耐疲勞載荷能力,沒有應(yīng)力集中，采用細(xì)牙螺紋，螺栓剛度要小于沒有應(yīng)力集中，采用細(xì)牙螺紋，螺栓剛度要小于被聯(lián)接件剛度。被聯(lián)接件剛度。三、提高連桿螺栓疲勞強度的措施：三、提高連桿螺栓疲勞強度的措施： 連桿螺栓工作時受到交變載荷的作用，處于疲勞應(yīng)力狀態(tài)，它的尺連桿螺栓工作時受到交變載荷的作用，處于疲勞應(yīng)力狀態(tài)，它的尺寸受到空間限制，又存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，它的破壞又會引起整機(jī)重大寸受到空間限制，又存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，它的破壞又會引起整機(jī)重大事故。因此，連桿螺栓設(shè)計

53、和加工時就要對一些細(xì)節(jié)倍加注意，要從這事故。因此，連桿螺栓設(shè)計和加工時就要對一些細(xì)節(jié)倍加注意，要從這些細(xì)節(jié)考慮提高連桿螺栓的疲勞強度。通常有以下措施：些細(xì)節(jié)考慮提高連桿螺栓的疲勞強度。通常有以下措施： 1)降低螺桿剛度降低螺桿剛度C1，主要是通過光桿直徑，主要是通過光桿直徑d0進(jìn)行調(diào)整，一般進(jìn)行調(diào)整，一般 d0 =(0.80.85) d1。 2)提高被聯(lián)接件的剛度提高被聯(lián)接件的剛度C2 。 3)增加過渡圓角半徑，降低應(yīng)力集中。增加過渡圓角半徑，降低應(yīng)力集中。 4)采用細(xì)牙滾壓螺紋。采用細(xì)牙滾壓螺紋。 5)嚴(yán)格控制螺栓和被聯(lián)接件的形位公差，減少附加彎矩。嚴(yán)格控制螺栓和被聯(lián)接件的形位公差，減少附加

54、彎矩。 現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的連桿螺栓的典型結(jié)構(gòu)主要分為兩類，一類是螺釘結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的連桿螺栓的典型結(jié)構(gòu)主要分為兩類，一類是螺釘結(jié)構(gòu)，另一類是螺栓結(jié)構(gòu)，如另一類是螺栓結(jié)構(gòu)，如(圖圖3-11 內(nèi)燃機(jī)連桿螺栓和螺釘?shù)湫徒Y(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)連桿螺栓和螺釘?shù)湫徒Y(jié)構(gòu))所示。所示。圖圖3-11 內(nèi)燃機(jī)連桿螺栓和螺釘?shù)湫徒Y(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)連桿螺栓和螺釘?shù)湫徒Y(jié)構(gòu)首先要致力于降低螺栓應(yīng)力幅首先要致力于降低螺栓應(yīng)力幅a，即降低它的動荷部分，即降低它的動荷部分xpj這需要降這需要降低螺栓剛度低螺栓剛度c1，(c1設(shè)計成柔性螺栓設(shè)計成柔性螺栓)，提高大頭剛度，提高大頭剛度c2，使基本載荷，使基本載荷系數(shù)系數(shù)x= c1/( c1+ c2)得以

55、下降。前者，可通過縮小螺栓光桿部分直徑的得以下降。前者，可通過縮小螺栓光桿部分直徑的辦法實現(xiàn)。一般推薦光桿部分直徑辦法實現(xiàn)。一般推薦光桿部分直徑d0= (0.80.85)d1(螺栓根徑螺栓根徑)，這么，這么做是必要的，也是可能的。因為光桿部分直徑雖然已縮小到螺紋根做是必要的，也是可能的。因為光桿部分直徑雖然已縮小到螺紋根徑以下，但它在過渡圓角處的應(yīng)力集中程度徑以下，但它在過渡圓角處的應(yīng)力集中程度(k1.5)，不如螺紋根部，不如螺紋根部(k4.5)嚴(yán)重，所以螺栓等強度化了，且又保證螺栓在同樣極限強度嚴(yán)重，所以螺栓等強度化了，且又保證螺栓在同樣極限強度下，具有最大的柔度。有的螺栓兼作定位元件，在桿部帶有直徑略下，具有最大的柔度。有的螺栓兼作定位元件，在桿部帶有直徑略大于螺紋外徑的精加工定位環(huán)帶。為了不降低大頭的剛性，在被連大于螺紋外徑的精加工定位環(huán)帶。為了不降低大頭的剛性，在被連接件之間，切忌置入諸如彈簧墊圈等影響它們剛性的零件。接件之間，切忌置入諸如彈簧墊圈等影響它們剛性的零件。1)降低螺桿剛度降低螺桿剛度C1，主要是通過光桿直徑，主要是通過光桿直徑d0進(jìn)行調(diào)整，一