第五章连杆组的设计 1、连杆承受的载荷 连杆工作时受到两种载荷：一是燃气作用力和曲柄连杆机构中往复运动惯性 力所引起的纵向载荷：一是连杆杆身复合运动引起的横向载荷。上述两种载荷 的大小和方向都是变化的。此外，连杆组装配时还造成静载荷，在小头是因压 入衬套而引起，在大头则是由于拧紧连杆螺栓所引起。 2、纵向载荷F对连杆的影响 沿连杆中心线的纵向载荷F使连杆杆身承受拉压疲劳载荷。当F为正值时， 杆身受压，由于连杆为细长杆件，在摆动平面和与其垂直的平面内，F力还使 连杆产生纵向弯曲，造成轴承不均匀磨损。当F为负值时杆身受拉。为了在负 值最大时，不致使连杆体与大头盖的接合面互相分离，连杆螺栓必须在装配时 给予足够的拧紧力。 3、横向载荷对连杆的影响 横向载荷为杆身摆动所产生的附加弯矩，此附加弯矩为杆身的转动惯量与连 杆摆动的角加速度的乘积。 4、作用在连杆上的纵向载荷比横向载荷那个大 作用在连杆上的纵向载荷比横向载荷要大得多， 5、连杆设计时对疲劳强度和结构刚度的要求 连杆设计时必须首先保证有足够的疲劳强度和结构刚度。若疲劳强度不足 往往会造成连杆杆身或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度 不足，就会造成连杆弯曲变形及连杆大头的失圆变形，这将导致活塞、气缸、 轴承及曲柄销的偏磨，加大了连杆螺栓的附加弯矩。 6、连杆小头的特点 连杆小头的特点是：尺寸小、轴承比压高、温度较高（一般为100-120℃） 轴承表面相对运动速度低，且属摆动运动。 7、连杆小头如何变形 连杆小头在燃气压力和往复惯性力作用下往往会产生横向和纵向的变形。 8、连杆小头变形后的应力分布 连杆小头在燃气压力和往复惯性力的作用下往往会产生横向和纵向的变形， 其应力分布也很复杂（图5-4）。由图可见，其应力峰值发生在AA,B-B,C C截面处。连杆小头与杆身过渡处的形状与尺寸对小头的强度与刚度有很大的 影响。由图5-5可见，当连杆小头与杆身之间采用单圆弧过渡时，其过渡处的 应力峰值高，而当采用双圆弧过渡时，应力峰值就低得多。除此之外，小头村
第五章 连杆组的设计 1、连杆承受的载荷 连杆工作时受到两种载荷：一是燃气作用力和曲柄连杆机构中往复运动惯性 力所引起的纵向载荷；一是连杆杆身复合运动引起的横向载荷。上述两种载荷 的大小和方向都是变化的。此外，连杆组装配时还造成静载荷，在小头是因压 入衬套而引起，在大头则是由于拧紧连杆螺栓所引起。 2、纵向载荷 F 对连杆的影响 沿连杆中心线的纵向载荷 F 使连杆杆身承受拉压疲劳载荷。当 F 为正值时， 杆身受压，由于连杆为细长杆件，在摆动平面和与其垂直的平面内，F 力还使 连杆产生纵向弯曲，造成轴承不均匀磨损。当 F 为负值时杆身受拉。为了在负 值最大时，不致使连杆体与大头盖的接合面互相分离，连杆螺栓必须在装配时 给予足够的拧紧力。 3、横向载荷对连杆的影响 横向载荷为杆身摆动所产生的附加弯矩，此附加弯矩为杆身的转动惯量与连 杆摆动的角加速度的乘积。 4、作用在连杆上的纵向载荷比横向载荷那个大 作用在连杆上的纵向载荷比横向载荷要大得多。 5、连杆设计时对疲劳强度和结构刚度的要求 连杆设计时必须首先保证有足够的疲劳强度和结构刚度。若疲劳强度不足， 往往会造成连杆杆身或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度 不足，就会造成连杆弯曲变形及连杆大头的失圆变形，这将导致活塞、气缸、 轴承及曲柄销的偏磨，加大了连杆螺栓的附加弯矩。 6、连杆小头的特点 连杆小头的特点是：尺寸小、轴承比压高、温度较高（一般为 100-120℃） 轴承表面相对运动速度低，且属摆动运动。 7、连杆小头如何变形 连杆小头在燃气压力和往复惯性力作用下往往会产生横向和纵向的变形。 8、连杆小头变形后的应力分布 连杆小头在燃气压力和往复惯性力的作用下往往会产生横向和纵向的变形， 其应力分布也很复杂（图 5-4）。由图可见，其应力峰值发生在 A-A，B-B，CC 截面处。连杆小头与杆身过渡处的形状与尺寸对小头的强度与刚度有很大的 影响。由图 5-5 可见，当连杆小头与杆身之间采用单圆弧过渡时，其过渡处的 应力峰值高，而当采用双圆弧过渡时，应力峰值就低得多。除此之外，小头衬
套与活塞销之间的间隙对小头应力也有影响，间隙过大，小头载荷趋向为集中 载荷，局部区域的应力峰值加大。 9、连杆大头的设计的核心 连杆大头的设计的核心问题是保证有足够的刚度。连杆大头设计要兼顾刚度 与外形尺寸。 小头的外表面一般应具有拔模斜度以便于模锻。 连杆杆身为连杆小头与大头的部分。高速内燃机的连杆杆身断面都作成 “工”字形的。 10、连杆大头的外形尺寸 连杆大头的外形尺寸小，可避免连杆在运动中与其它机件干涉的可能性，并 有利于提高内燃机结构紧凑性：而且较小的连杆大头可以减小旋转惯性力。 11、设计连杆中心线应注意什么 连杆中心线应尽量靠近轴瓦，可提高连杆体通过气缸的能力，还可减小连杆 大头所承受的弯矩。 12、连杆螺栓所受的戟荷 螺栓所受的拧紧力称为螺栓的预紧力，是螺栓所受的静载部分。 运转时，连杆螺栓还要承受往复惯性力以及除支大头盖后的大头旋转质量的 离心力，这部分载荷随着曲柄连杆机构的转角而变化。连杆螺栓有时还承受一 些附加的弯曲应力。 13、连杆螺栓的附加弯曲应力产生的原因 连杆螺栓有时还承受一些附加弯曲应力，原因是：被连接部分大头的刚性不 足：加工过程中造成的零件开头偏差；螺栓头部的结构不合理等。 14、连杆螺栓预紧力的组成 连杆螺栓的预紧力由两部分组成：一是保证连杆轴瓦必需的过盈度所具有的 预紧力：二是保证内燃机工作时，连杆大头与大头盖之间的结合面不致因惯性 力而分开所必须具有的预紧力 如果预紧力过大，使螺栓材料产生了屈服，将导致断裂。所以必须正确确定 预紧力，并在装配时严格控制其大小。 15、连杆螺栓拧紧力矩的组成 预紧力由拧紧力矩来保证。拧紧力矩由两部分组成：螺纹工作面产生的摩擦 力矩和螺母支承面所产生的摩擦力矩。 16、提高连杆螺栓疲劳强度的措施
套与活塞销之间的间隙对小头应力也有影响，间隙过大，小头载荷趋向为集中 载荷，局部区域的应力峰值加大。 9、连杆大头的设计的核心 连杆大头的设计的核心问题是保证有足够的刚度。连杆大头设计要兼顾刚度 与外形尺寸。 小头的外表面一般应具有拔模斜度以便于模锻。 连杆杆身为连杆小头与大头的部分。高速内燃机的连杆杆身断面都作成 “工”字形的。 10、连杆大头的外形尺寸 连杆大头的外形尺寸小，可避免连杆在运动中与其它机件干涉的可能性，并 有利于提高内燃机结构紧凑性；而且较小的连杆大头可以减小旋转惯性力。 11、设计连杆中心线应注意什么 连杆中心线应尽量靠近轴瓦，可提高连杆体通过气缸的能力，还可减小连杆 大头所承受的弯矩。 12、连杆螺栓所受的载荷 螺栓所受的拧紧力称为螺栓的预紧力，是螺栓所受的静载部分。 运转时，连杆螺栓还要承受往复惯性力以及除支大头盖后的大头旋转质量的 离心力，这部分载荷随着曲柄连杆机构的转角而变化。连杆螺栓有时还承受一 些附加的弯曲应力。 13、连杆螺栓的附加弯曲应力产生的原因 连杆螺栓有时还承受一些附加弯曲应力，原因是：被连接部分大头的刚性不 足；加工过程中造成的零件开头偏差；螺栓头部的结构不合理等。 14、连杆螺栓预紧力的组成 连杆螺栓的预紧力由两部分组成：一是保证连杆轴瓦必需的过盈度所具有的 预紧力；二是保证内燃机工作时，连杆大头与大头盖之间的结合面不致因惯性 力而分开所必须具有的预紧力。 如果预紧力过大，使螺栓材料产生了屈服，将导致断裂。所以必须正确确定 预紧力，并在装配时严格控制其大小。 15、连杆螺栓拧紧力矩的组成 预紧力由拧紧力矩来保证。拧紧力矩由两部分组成：螺纹工作面产生的摩擦 力矩和螺母支承面所产生的摩擦力矩。 16、提高连杆螺栓疲劳强度的措施
连杆螺栓在变载荷下工作，尺寸又小，为提高连杆螺栓的疲劳强度采取下列 措施：(1)增加螺栓个数，减小每个螺栓的受力。(2)减小基本负荷系数，可以减 小应力幅值为此可增大连杆大头的刚度，减小螺栓的刚度。（③）螺栓过渡贺角半 径、根部贺角半径等处采用大贺角，避免应力集中。（④）螺栓头支承机尽量采用 对称结构，减小附加弯曲应力。（⑤）采用冷墩成型工艺，用滚压法制造螺纹。 17、进行连杆小头强度计算时应计算的应力 进行连杆小头强度计算时应计算的应力：衬套过盈配合的预紧力及温升产生 的应力：最大惯性力引起的应力：最大压缩力引起的应力：连杆小头的疲劳安 全系数：连杆小头的变形计算 18、进行连杆杆身强度计算时应计算的应力 进行连杆杆身强度计算时应计算的应力：最大拉伸应力：杆身的压缩纵向弯 曲应力：连杆杆射的安全系数
连杆螺栓在变载荷下工作，尺寸又小，为提高连杆螺栓的疲劳强度采取下列 措施：⑴增加螺栓个数，减小每个螺栓的受力。⑵减小基本负荷系数，可以减 小应力幅值为此可增大连杆大头的刚度，减小螺栓的刚度。⑶螺栓过渡贺角半 径、根部贺角半径等处采用大贺角，避免应力集中。⑷螺栓头支承机尽量采用 对称结构，减小附加弯曲应力。⑸采用冷墩成型工艺，用滚压法制造螺纹。 17、进行连杆小头强度计算时应计算的应力 进行连杆小头强度计算时应计算的应力：衬套过盈配合的预紧力及温升产生 的应力；最大惯性力引起的应力；最大压缩力引起的应力；连杆小头的疲劳安 全系数；连杆小头的变形计算。 18、进行连杆杆身强度计算时应计算的应力 进行连杆杆身强度计算时应计算的应力：最大拉伸应力；杆身的压缩-纵向弯 曲应力；连杆杆射的安全系数