105高速柴油机连杆设计文献综述

第一篇：105高速柴油机连杆设计文献综述

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本科毕业论文（设计）

文献综述

论文（设计）题目：105系列高速柴油机连杆工艺总体方案及指定工装设计

学 院：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机自047班 学 号：0403011715 学生姓名： 杨建立 指导教师： 张宇光

2008年 6 月 15 日

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文献综述

一.柴油机连杆加工工艺分析

主要说的是关于传统工艺连杆加工中影响其精度的主要参数和连杆加工工艺路线，连杆加工工艺的分析和改进，以及连杆加工工艺设计中应该注意的问题

反映连杆精度的参数主要有五个：（1）.连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称（2）.连杆大小头孔中心距尺寸精度（3）.连杆大小头孔平行度;（4）.连杆大小头孔的 尺寸精度、形状精度;（5）.连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。传统加工路线：

连杆工艺设计注意问题： 工序安排

定位基准：

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夹具使用

二．发动机连杆的粉末锻造

主要介绍粉末锻造工艺的技术特点、制造工艺流程、主要制造工艺参数、主要生产工序及工艺参数等；国外采用连杆胀断工艺的公司有哪些

1.特点：粉末冶金烧结件作锻造毛坯可一次锻造成形，无飞边，节省加工工时和设备。具有粉末冶金和机械精锻的优点。粉末锻造可实现烧结材料的高密度化，是材料具有高强度和无明显各向异性。a.避免不必要的机械加工，如模锻连杆早热处理前需要经过几到机加工，而粉锻连杆仅需一道机加工。b.质量偏差小，模锻3%-5%，粉锻连杆仅0.5%。c.疲劳轻度高d.零件致密、轻量，密度≥7.8g/cm3,形状及尺寸经一次性锻造即可达到最终产品要求。e.节约能源50%，节约材料40%，有利于环境保护。

2.制造工艺流程: 预合金钢粉→配料机混料→ 压制成预制坯→ 烧结成锻坯→ 快速送入预热的锻模→ 致密化闭模锻造→ 锻件脱模→ 在可控气氛中冷至室温→ 热处理→ 喷丸强化

3.原料参数：德国宝马生产V8发动机连杆所用预合金钢粉成分为w(Mn)=0.3%～0.4%、w(Cr)=0.1%%～0.25%、w(Ni)=0.2%%～0.3%、w(Mo)=0.25%～0.35、w(C)=0.6%,其余为Fe.4.主要工艺参数：

a.配料及混料 经配料计算和准确称取粉重后置于混料机混合20—30分钟至分布均匀；

b.压制预制坯 要对预制坯的设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要求精确控制，避免过负荷损坏模具；

c.烧结预制坯 在通有还原保护气体的专用烧结炉中进行，烧结温度1120—1130℃，至完全合金化，后移至无氧化性气体的温饱炉中于1000℃左右保温；

d.锻造 有两种：利用烧结体预热保温至锻造温度时立即进行锻造，以节省能源。二是在烧结体冷却至室温后，经高频或真空加热进行锻造，其消耗能源较大。烧结体在1000℃时，迅速送入预热至300℃的锻模中进行致密化封闭锻造，可将80%理论密度的烧结体至100%理论密度。烧结坯在出炉时应尽量缩短停留时间，立即送入锻造工序，若锻

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造温度过低，在连杆表层残留微孔隙增多，使连杆密度下降；若停留时间过长连杆内部易被氧化，均会导致连杆冲击韧性和疲劳强度下降。

在热处理时在惰性气体（如氩等）中加热至淬火温度870℃时，立即在油中淬火，后进行570℃回火。

三.连杆大头胀断工艺：

本文主要什么是胀断工艺、胀断工艺的特点、优点、采用的材料、热扩散工艺（TD）及TD处理的使用现状，胀断工艺处理工艺流程等。

1.胀断工艺概念：对连杆大头孔的断裂线处预先加工出两条V型应力集中槽或在毛坯加工时就做出沟槽（图1），然后对其侧面施加径向力（图2），使其在槽处出现裂缝，在径向力的继续作用之下，裂缝继续扩散，最终达到连杆盖从连杆体上分离下来。

图 1

据德国Krebsoege公司研究结果，烧结粉末金属连杆的可胀断性较好，铸铁连杆材料最宜使用GTS65-70，锻钢连杆材料是70号钢，但70号钢锻造连杆在胀断时如何保证不带塑性变形的脆性断裂以及其切削加工是该工艺的难点。

2.胀断工艺的优点：2.1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.1.1.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离

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面的磨削加工；2.1.2.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。

2.2.改善了连杆总成的大头孔变形，为采用前分离面以及螺栓孔加工误差以0.01mm单位来计算；而采用胀断工艺之后其误差是以0.001mm单位来计算的.德国Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel两位工程师的研究确定：在粗加工后连杆大头孔不圆都约在12μm左右，在胀断后约在40μm左右，其变形量约为28μm。又据美国Gidding & Lewis Co.的研究：测试50个零件的分析结果，；连杆大头孔的平均直径在胀断前与后的平均变形仅为23μm。

2.3.减少了连杆生产的设备、生产面积以及制造费用，3.1.省掉连杆盖与连杆分离面的磨削加工和螺栓孔经加工的设备投资和这些机床占地面积以及制造费用3.2.在传统工艺中切断后的连杆盖需要单独自动运输装配，而采用胀断工艺后可立即装配。

3.热扩散涂层可提高工具的使用寿命 热扩散工艺可显著硬化材料表面，其硬化层厚度为0.02-0.2mm，该层十分紧密地与基体结成一体，可显著地延长工具的使用寿命，如落料模、冲模、锻模、拉伸模、冷镦模、折弯模和冲头模等。其处理是把零件浸入盐浴里，加热到899-1056℃，加热1-8小时。4.胀断加工工艺路线：

四.涨断连杆爆口原因分析：

本文就连杆涨断后爆口这一最大问题从激光胀断加工工艺、材料试验等角度进行了详细地分析连杆爆口产生的原因，得出S含量低于材料标准要求是产生爆口的关键因素。

1.胀断加工过程中存在的主要问题：影响脆性断裂的因素主要有断裂速度、预加工

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应力槽及材料。影响爆口的重要参数是应力槽的几何形状和深度。

应力槽加工有两种方法，拉刀拉削或激光割削，从原理上看，激光割削避免了拉刀变钝导致应力槽形状不符的要求，因此激光加工应力槽是省时省钱的现代化加工方式。但当激光调焦不精确的话应力槽也会边浅，应力槽作用减小，胀断时的速度及引起断裂的冲击力也变小。因此胀断工艺的材料、应力槽深度、胀断速度、压力等是胀断后连杆大头变形和爆口的主要原因。

经过相关试验分析（有分析数据和图解）：S含量低，材料脆性增强，长生爆口的倾向增大。

2.最后得出总的结论：

（1）连杆大头变形和爆口是胀断工艺中的主要问题，为确保正常使用，连杆大头变形必须在允许的范围内，并使爆口异常尽可能的少。

（2）爆口异常主要原因可能是应力槽深度过浅，材料过脆。

（3）对比现实生产情况可知，爆口工废率出现异常的可能原因为连杆材料问题，其中毛坯的S含量低于材料标准要求导致材料脆性增大是产生爆口的关键因素。

（4）锻钢件的热处理工艺也是影响零件机械加工性能的原因之一，对于连杆毛坯采取确当的工艺方法进行热处理，可有效的改善连杆的性能。五.用常规粉末冶金工艺制造汽车连杆

本文从连杆造价与重量方面的改进、连杆设计、材料的选择分析、研制铁基粉末冶金材料的生产参数、应力分析、回火温度与耐久极限及切削加工性能的关系、疲劳试验、铸造与烧结连杆重量的比较等方面进行分析和总结。

采用胀断工艺有如下优点：1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离面的磨削加工； 3.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。

所以与传统连杆加工方法相比，胀断工艺具有很大的优势，其减少了加工工序、节省精加工设备、节省刀具磨损、节材料和能源、降低生产成本等，连杆胀断加工技术还可提高连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有很重要作用。

五.发动机连杆裂解制造工艺及设备

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裂解连杆要求其材料塑性变形小、强度好、脆性适中、工艺性好，即在保证连杆强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特征。

用于裂解连杆的主要材料为粉末烧结材料、高碳微合金非调质钢、球墨铸铁及可锻铸铁，其中C70S6 高碳微合金非调质钢连杆和粉末烧结锻造连杆应用最广。

C70S6 高碳微合金非调质钢的金相组织为珠光体’断续的铁素体，其成分特点是：低硅、低锰、添加微量合金元素钒及易切削元素硫，合金元素的范围较窄，具有较好的切削加工性能。C70S6 裂解连杆锻件在锻造过程中无特殊要求，应在1150摄氏度锻造后采取强风冷却。

裂解连杆锻造毛坯形状和尺寸与普通连杆毛坯无太大区别，但为减少裂解过程中的裂解力及裂解时的大头孔变形，在不影响断裂面啮合的情况下，应尽量减少大头孔中心处断裂截面积。

此外，断裂剖分的结合面凸凹不平，大大提高了接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、连杆杆身和连杆盖的定位精度、装配质量大幅度提高。

采用裂解技术加工连杆的核心工序为加工裂解槽及有控裂解、定扭矩装配螺栓 合理设计裂解槽，可有效提高缺口效应与应力集中系数、降低裂解力、提高断裂效率与质量。裂解槽形状与尺寸由张角、曲率半径、槽深、槽长等4 个参数决定。

国内常用的裂解槽加工方法有机械拉削、线切割，美国RA YCON、德国AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工

YAG固体激光器加工裂解槽具有切缝窄、速度快、无刀具磨损、易裂解、重复精度高的特点，可降低裂解力、减少大头孔裂解变形。但由于激光器的输出功率与模式、重复频率与脉宽、切割速度、光斑直径与焦点位置、光束入射角、辅助气体压力等加工参数，以及熔点、沸点、导热性和对激光的吸收等材料特性，均对槽宽均匀性、槽深一致性以及槽面质量产生很大影响，因此激光器的选择、加工参数的调整非常重要。

载荷施加方式、大小、速度对断裂有重要影响。试验表明，采用“背压”裂解方法，并施加瞬态阶跃裂解主动载荷，有利于保证裂解质量。

在装配螺栓过程中需保证裂解后的连杆杆身与连杆盖完全啮合、不错位。为防止错位或施加扭矩不一致，应同时进行两侧螺栓的装配。装配螺栓需要进行螺栓预装配及定扭矩装配。螺栓预装配可强化断裂面。预装配后将扭矩卸载，使连杆杆身与连杆盖分离，对断裂面进行吸尘或采用高压气体清渣，然后按连杆的技术要求重新装配螺栓至所要求的

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扭矩。

一般裂解槽深度小于等于0.7mm，圆角半径小于等于0.3mm，裂解后大头孔直径平均变化量小于等于0.08mm

第二篇：毕业设计(论文)柴油机连杆加工工艺设计说明书

毕业设计（论文）柴油机连杆加工工艺设计说明书

毕业设计论文任务书

专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械051 姓名 下发日期 200-3-10 题目 12V180C柴油机加工工艺设计

艺设计

要 内 容 及 要

求 设计内容首先仔细分析所要加工零件的结构技术要求生产纲领等内容从而制定一套该零件的加工工艺规程认真分析该加工工艺规程的优点进而绘制出各个主要工序的工序卡片设计主要工序的机床夹具分析计算定位误差设计机床夹具的主要零件

要求根据给定的12V180系列柴油机零件图制定出符合加工技术要求的加工工艺工艺规程并对所制定的加工工艺规程进行可行性和优化性比较从而制定出较好的加工工艺设计重要工序的工艺装备要求的图纸量折合为零号图后不少于四张设计说明书不少于三万字

度

主要技术参数 进 主

专题

12V180柴油机加工工及 完 成 日 期

3月30日至4月10日2周 根据设计任务书要求查阅资料完成外文翻译工作

4月13日至4月24日2周 绘制连杆零件图熟悉连杆的结构初步确定连杆的加工工艺过程

4月27日至5月8日2周确定连杆机械加工工艺过程设计部分工序的工艺过程

5月11日至5月22日2周了解机床夹具设计的基本原则绘制重要工序夹具简图

5月25日至5月29日 1周 绘制重要工序的夹具图 6月1日至6月12日2周 编写设计说明书 6月15日至6月21日1周 修改整理资料打印资料 6月22日至6月23日2天 答辩

任签字 日 期 指导教师签字 日 期

导 教 师 评 语

教学院长签字 日 期 教研室主

指

指导教师 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语

评阅人

年 月 日

定 成

绩 指导教师给定 成绩 30 评阅人给定 成绩 30 答辩成绩 40 总 评 答辩委员会主席 签字

答 辩 委 员 会 评 语 评

连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件例如在往复活塞式动力机械和压缩机中用连杆来连接活塞与曲柄连杆多为钢件其主体部分的截面多为圆形或工字形两端有孔孔内装有青铜衬套或滚针轴承供装入轴销而构成铰接连杆是汽车发动机中的重要零件它连接着活塞和曲轴其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率连杆在工作中除承受燃烧室燃气产生的压力外还要承受纵向和横向的惯性力因此连杆在一个复杂的应力状态下工作它既受交变的拉压应力又受弯曲应力连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能又要求具有足够的钢性和韧性连杆是柴油机的主要传动件之一本文主要论述了连杆的加工工艺及其部分工序夹具设计确定加工的生产纲领及生产类型确定的毛坯材料及尺寸确定毛坯加工余量设计加工工艺确定部分重要工序所用的工艺装备和设备计算部分重要工序的切削用量和基本时间设计重要工序所用的夹具连杆的尺寸精度形状精度以及位置精度的要求都很高而连杆的工作环境恶劣刚性比较差容易产生变形因此在安排工艺过程时就需要把各主要表面的粗精加工工序分开逐步减少加工余量切削力及内应力的作用并修正加工后的变形才能最后达到零件的技术要求

关键词 连杆变形加工工艺夹具设计Abstract At both ends of linkage with the active and passive components in order to convey movement and the hinged edge of the bar For example in reciprocating piston compressor and power machinery to connect the piston with connecting rod and crank Connecting rod for steel parts the main part of the cross section for the round or shaped both ends have a hole or holes with needle bearing bronze bushing for the pin into and constitute a hinged axis Linkage is an important automotive engine parts it is connected to the piston and the crankshaft its role is to the reciprocating piston movement into rotary movement of the crankshaft and the role of the force in the piston to the crankshaft to the output power Link at work in addition to gas produced by the combustion chamber under pressure also have to face the vertical and horizontal inertia force Therefore the connecting rod in a complex work under the stress state It is subject to alternating stress of tension and compression but also by the bending stress Link the main form of fatigue damage and excessive deformation Usually the site of fatigue fracture in the connecting rod on the three regions of high stress Requirements of the working conditions of connecting rod connecting rod has higher strength and fatigue performance also requires adequate and toughness of steelThe connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod The precision of size the precision of profile and the precision of position of the connecting rod is demanded highly and the rigidity of the connecting rod is not enough easy to deform so arranging the craft course need to separate the each main and superficial thick finish machining process Reduce the function of processing the surplus cutting force and internal stress progressively revise the deformation after processing can reach the specification requirement for the part finally Keyword Connecting rod Deformination Working environment Processing technology Design of clamping device 目录 摘要 I Abstract II 目录 III 第1章 绪论 1 11机车柴油机简介 1 com 柴油机概述 com油机简介 2 12连杆简介及连杆加工工艺分析 4 com作用 4 com械加工工艺技术关键分析 4 com要研究内容 第2章 连杆加工工艺规程 21机械加工工艺规程简介 6 com工工艺规程的作用 6 com工工艺规程的制定程序 6 22计算产品生产纲领确定生产类型 6 23审查零件图样工艺性 24选择毛坯 7 25工艺过程设计 8 com准的选择 8 com段的划分与工序顺序的安排 10 com艺路线 11 26 确定毛坯加工余量及毛坯尺寸 13 com算连杆机械加工余量的方法 13 com 设计毛坯图 27 部分重要工序设计 15 com分重要工序介绍 com分重要工序工序尺寸 16 com削用量及基本时间 17 第3章 夹具设计 28 31机床夹具的分类基本组成及功能 28 31 1机床夹具的分类 28 com具的基本组成 28 com用夹具的主要功能 28 com用夹具设计的基本要求 29 32 12V180C 系列柴油机连杆铣剖分面夹具设计 com指出 29 com 夹具设计 30 33 12V180C系列柴油机连杆镗大小头孔夹具设计29

com 问题的指出 com 夹具设计 32 结论 34 参考文献 35 致谢 36 附件1 37 附件2 62

第1章 绪论 11机车柴油机简介 com 柴油机概述

柴油机是一种动力机械它以柴油为燃料将柴油燃烧而产生的热能转化为机械能柴油机广泛应用在工农业交通运输国防及人民日常生活中柴油机的型式很多一般可按下述几种方式分类

①按工作方式二冲程四冲程 ②按汽缸数单缸多缸

③按汽缸直径95105135 mm 等

柴油的特点是自燃温度低所以柴油发动机无需要火花塞之类的点火装置它采用压缩空气的办法提高空气温度使空气温度超过柴油的自燃测试这时再喷入柴油柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧从性能上说国内传统柴油机一直给人以体积笨重振动噪声大以及排放污染严重的印象因此国产轿车基本都采用汽油发动机然而近年来国外知名车商开始将一些最新的柴油机技术引入到中国大大改善了国人对柴油机的偏见譬如一汽大众刚刚推出宝来TDI柴油发动机其环保性动力性以及平顺性都不逊于汽油机同时又具有柴油机特有的巨大扭力和超低油耗市场前景十分看好

2柴油机结构及工作原理

结构柴油机由燃烧室组件动力传递组件机体和主轴承配气机构燃油系统和调速器润滑系统冷却系统起动系统构成

工作原理柴油机工作时一般分为吸气压缩爆发排气等步骤开始时活塞从上止点下行到下止点将新鲜空气吸入气缸然后从下止点上行到上止点将吸入的气体压缩使其压力及温度升高当接近上止点时气体温度已超过柴油燃点此时由喷油嘴将柴油喷入迅速燃烧高温高压燃气推动活塞下行做功之后活塞再次从下止点上行将废气排出气缸完成一个循环活塞往复不停地工作带动连杆使曲轴转动就从曲轴上把动能传输出来1机车柴油机概述

机车柴油机locomotive diesel engine是指用于内燃机车内燃车组或内燃动车的柴油机机车柴油机具有高功率强化柴油机的典型特征一般为四冲程V型机以12缸16缸最为普遍也有直列式6810缸的柴油机的宽度和高度受铁路机车车辆限界标准的限制机车的允许轴重对柴油机重量也有一定的限制现代机车柴油机不断提高增压度见内燃机增压同时加大气缸排量大功率柴油机的单机功率已达5000千瓦平均有效压力为13～20兆帕燃料消耗率为200～225克千瓦²时柴油机的附件如冷却水散热器风扇和空气滤清器等均布置在机车厢内机油滤清器机油换热器一般也布置在机车厢内柴油机几乎都采用电起动方式只有个别的采用空气起动调速系统大多采用液压全速调速器并装有超速停机油压保护和超温卸载等自动安全保护装置

2对机车柴油机的性能要求

机车在铁路上运行时线路状况不时变化又需要按计划时间运行因而要求机车柴油机的转速和功率在相当宽的范围内变化从运行工况的时间比例来看部分负荷约占50％空转占40％左右而标定工况的使用时间很少铁路分布地区广泛列车运行时的自然环境条件也在改变这就要求柴油机具有广泛的适应能力

对机车柴油机的性能要求是不仅在标定工况下而且更重要的是在部分负荷和空转时燃油和机油的消耗量小经济性应与机车牵引特性相适应有一个经济性最好的最低空载稳定转速性能指标随环境条件的变化小噪声低排气烟尘和有害成分少冷机或热机均能连续可靠起动一般在5℃气温时起动时间不超过10秒

2机车柴油机在中国的发展历程

柴油机发明后屡经研究试图将柴油机用于铁路牵引1913年瑞典最先制造了以55千瓦 75马力 柴油机为动力的第一台电力传动内燃动车但在1950年以前铁路车辆的牵引动力主要仍是蒸汽机车50年代内燃机车因有较好的能源利用率可以改善列车牵引经济性而获得了广泛的应用并逐步取代了蒸汽机车到80年代初世界上内燃机车已占机车总数的23 中国于1958年自行制造内燃机车 长辛店机车车辆厂制成了国产第一台内燃机车---建设型直流电力传动调车内燃机车机车装有2台B2-300型柴油机总装车功率为2³300马力最高速度80kmh该机车基本上是按从匈牙利进口的ND1型内燃机车仿造试制的

1969年1970年和1977年四方厂戚墅堰厂和资阳内燃机车厂以下简称资阳厂先后制造了6台4500马力等级的东方红4型货运液力传动内燃机车机车装用2台16V200ZL型柴油机最高速度100kmh 1970年四方厂开始生产援助坦-赞铁路和越南等国的装用12V180ZJ型柴油机的1000马力的DFH1345型和2000马力的DFH2型液力传动内燃机车总数达163台这是最早走出国门的国产内燃机车本文所研究就是12V180ZJ型柴油机气缸盖的加工工艺过程

1999年8月戚墅堰厂和浦镇车辆厂合作制成了M9T双M编组的新曙光号电力传动双层内燃车组媒介动力车机车装用1台12V280ZJ型柴油机车组总功率为2³3750马力席位1140个最高速度180kmh试验时达到1904kmh其他工厂的内燃动车也正在试制开发当中 内燃动车组的发展不仅提高了铁路在国内运输市场的竞争能力还提高了在国际市场上的竞争能力也为21世纪初叶我国铁路客运提供了新的运输工具

3机车柴油机发展方向

机车柴油机发展重点是在机车车辆限界和机车轴重允许的条件下不断提高功率一个重要的趋势是采用低压缩比与二级增压相配合的方法提高功率提高可靠性和耐久性以延长柴油机寿命提高经济性特别是改善部分负荷过渡工况和空转时的经济性应用电子技术实现运行工况优化和故障自动监控降低噪声和减少排气中的有害成分防止污染改善机车用柴油机增压器的跟随性等

内燃机车可靠性与可维修性设计也是国外大功率内燃机车的一个发展方向经验表明大功率交流传动内燃机车无故障运行能力要比传统的直流传动内燃机车大４０％左右可靠性提高除通过结构方面的改进外一个显著的特点是叫可靠性技术的应用提高内燃机车可靠性问题不只是通过对薄弱零件改进来解决而且要将可靠性技术贯穿于内燃机车设计试验制造使用维修和管理等各个环节中形成一个系统工程在设计中除采用概率统计方法把影响应力和强度的各因素视为随机变量运用可靠性理论保证所设计的零部件具有规定的可靠度外还要进行可靠性规划与设计主要包括建立可靠性模型将系统可靠性指标分配给各级组成部分进行可靠性分配根据设计方案进行可靠性预测按照设计方案进行故障模式影响及危害性分析ＦＭＥＣＡ及故障树分析ＦＴＡ等找出影响可靠性安全性的关键部件及薄弱环节国产第４代内燃机车应具有可靠性维修性及模块化设计

图1-1活塞连杆组

连杆是将活塞的往复运动转变成曲轴旋转运动的中间构件

连杆由连杆小头杆身连杆大头三部分组成连杆小头承受着活塞组产生的往复惯性力杆身承受着气缸内燃机气压力所产生的压应力以及往复惯性力产生的拉应力由制造误差产生的杆身断面偏移也会在杆身上形成附加弯曲应力连杆大头承受着往复惯性力和不包括连杆盖在内的连杆离心惯性力

对连杆的基本要求是

1连杆小头应具有足够的强度和刚度并使连杆小头轴承比压控制在合理范围内

2杆身应具有足够的疲劳强度尽可能小的质量良好的锻造工艺性 3连杆大头应具有足够的刚度以减小运转时的变形防止轴承热熔接连焊轴承应具有足够的承载面积

4连杆螺栓应具有足够的疲劳强度和一定的超转速工作能力

本论文主要研究大内容主要有 确定加工的生产纲领及生产类型

确定的毛坯材料及尺寸确定毛坯加工余量 设计加工工艺

确定部分重要工序所用的工艺装备和设备 计算部分重要工序的切削用量和基本时间 设计重要工序所用的夹具 第2章 连杆加工工艺规程 21机械加工工艺规程简介 com工工艺规程的作用

1机械加工工艺规程是组织车间生产的主要技术文件机械加工工艺规程是车间中一切从事生产的人员都要严格认真贯彻执行的工艺技术文件按照它组织生产就能做到个工序科学的衔接实现优质高产和低消耗

2机械加工工艺规程是生产准备和计划调度的主要依据有了机械加工工艺规程在产品投入生产之前就可以根据它进行一系列的准备工作如原材料和毛坯的供应机床的调整专用工艺装备如专用夹具刀具和量具的设计制造生产作业计划的编排劳动力的组织以及生产成本的核算等有了机械加工工艺规程就可以制所生产产品的进度计划和相应的调度计划使生产均衡顺利的进行

3机械加工工艺规程是新建或扩建工厂车间的基本技术文件在新建或扩建工厂车间时只有根据机械加工工艺规程和生产纲领才能准确确定生产所需机床的种类和数量工厂和车间的面积机床的平面布置生产工人的工种等级数量以及个辅助部门的安排等

制定机械加工工艺规程的原始资料主要是产品图样生产纲领生产类型现场加工设备及生产条件等设计机械加工工艺规程的程序一般为

1分析加工零件的工艺性主要包括审查零件结构的工艺性及了解零件的各项技术要求分析产品的装配图和零件的工作图熟悉该产品的用途性能及工作条件明确被加工零件在产品中的位置和作用等

2熟悉和确定毛坯 3拟定加工工艺路线 4工序设计 5 编制工艺文件

180C柴油机的该产品年产量为150台设其备品率为10机械加工废品率为1现制定该活塞的机械加工工艺规程

N Qn 1αβ 150 1101 166件年

连杆的年产量为166件现已知该产品属于轻型机械根据《机械制造工艺设计简明手册》表11-2生产类型与生产纲领的关系可确定其生产类型为中批生产

零件图样的视图正确完整尺寸公差及技术要求齐全 24选择毛坯

连杆在工作中承受多向交变载荷的作用要求具有很高的强度因此连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢如45钢55钢40Cr40CrMnB等近年来也有采用球墨铸铁的粉末冶金零件的尺寸精度高材料损耗少成本低随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用使粉末冶金件的密度和强度大为提高因此采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法

连杆毛坯制造方法的选择主要根据生产类型材料的工艺性可塑性可锻性及零件对材料的组织性能要求零件的形状及其外形尺寸毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法根据生产纲领为大量生产连杆多用模锻制造毛坯连杆模锻形式有两种一种是体和盖分开锻造另一种是将体和盖锻成体整体锻造的毛坯需要在以后的机械加工过程中将其切开为保证切开后粗镗孔余量的均匀最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形相对于分体锻造而言整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少锻造工时少模具少等优点故用得越来越多成为连杆毛坯的一种主要形式总之毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低性能提高

目前我国有些生产连杆的工厂采用了连杆辊锻工艺图1-2为连杆辊锻示意图．毛坯加热后通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽毛坏产生塑性变形从而得到所需要的形状用辊锻法生产的连杆锻件在表面质量内部金属组织金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平并且设备简单劳动条件好生产率较高便于实现机械化自动化适于在大批大量生产中应用辊锻需经多次逐渐成形

图连杆辊锻示意图

图给出了连杆的锻造工艺过程将棒料在炉中加热至1140～1200C0先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图然后在锻压机上进行预锻和终锻再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见图锻好后的连杆毛坯需经调质处理使之得到细致均匀的回火索氏体组织以改善性能减少毛坯内应力为了提高毛坯精度连杆的毛坯尚需进行热校正

连杆必须经过外观缺陷内部探伤毛坯尺寸及质量等的全面检查方能进入机械加工生产线

辊锻制坯

在连杆机械加工工艺过程中大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面这是由于端面的面积大定位比较稳定用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距这样就使各工序中的定位基准统一起来减少了定位误差具体的办法是如图15所示在安装工件时注意将成套编号标记的一面不

图连杆的定位方向

与夹具的定位元件接触在设计夹具时亦作相应的考虑在精镗小头孔及精镗小头衬套孔时也用小头孔及衬套孔作为基面这时将定位销做成活动的称假销当连杆用小头孔及衬套孔定位夹紧后再从小头孔中抽出假销进行加工 为了不断改善基面的精度基面的加工与主要表面的加工要适当配合即在粗加工大小头孔前粗磨端面在精镗大小头孔前精磨端面

由于用小头孔和大头孔外侧面作基面所以这些表面的加工安排得比较早在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔扩孔和铰孔这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证有时会影响到后续工序的加工精度

在第一道工序中工件的各个表面都是毛坯表面定位和夹紧的条件都较差而加工余量和切削力都较大如果再遇上工件本身的刚性差则对加

工精度会有很大影响因此第一道工序的定位和夹紧方法的选择对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响连杆的加工就是如此在连杆加工工艺路线中在精加工主要表面开始前先粗铣两个端面其中粗磨端面又是以毛坯端面定位因此粗铣就是关键工序在粗铣中工件如何定位呢一个方法是以毛坯端面定位在侧面和端部夹紧粗铣一个端面后翻身以铣好的面定位铣另一个毛坯面但是由于毛坯面不平整连杆的刚性差定位夹紧时工件可能变形粗铣后端面似乎平整了一放松工件又恢复变形影响后续工序的定位精度另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小同时可以铣工件的端面使一部分切削力互相抵消易于得到平面度较好的平面同时由于是以对称面定位毛坯在加工后的外形偏差也比较小

com段的划分与工序顺序的安排

连杆的主要加工部位是大小头端面大小头孔次要加工部位是各种螺纹孔及倒角除机械加工外还有调质处理划螺纹孔线探伤等另外在机械加工过程后还安排了钳工倒角去毛刺并对连杆进行喷丸处理为连杆的组装做好准备

加工阶段的划分 连杆机械加工工艺过程

连杆的机械加工工艺过程大致可以分为加工基准面粗钻铣大小头平面及大小头孔调质处理半精钻铣大小头平面及大小头孔分离连杆和连杆盖精铣基准面并进行磨削钻铰锪各种孔精钻铣大小头平面及小头孔和大头轴瓦研磨重要孔的支撑面钳工倒角去毛刺探伤后钳工清洗组装

连杆的大小头平面及大小头孔的技术要求都很严格所以对于这些端面安排了粗铣半精铣精车铣对于180C柴油机连杆进行粗加工时以大小头两端面作为精基准所以先粗加工大小头端面然后再加工其他各主要表面各种孔的加工集中在连杆与连杆盖连接处所以将各种孔加工完之后再精铣大小头端面以保证重要加工表面不被破坏或划伤

连杆盖机械加工工艺过程

连杆盖的机械加工工艺过程大致可以分为半精铣对接面划孔线车孔精铣对接面钻铰各孔磨螺钉面修正圆角钳工组装划瓦槽铣瓦槽钳工组装

对于连杆盖进行粗加工时以连杆盖一侧的一端面作为粗基准然后以对接端面作为精基准加工其他的重要表面

二工序安排

在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度

1连杆本身的刚度比较低在外力切削力夹紧力的作用下容易变形

2连杆是模锻件孔的加工余量大切削时将产生较大的残余内应力并引起内应力重新分布

因此在安排工艺进程时就要把各主要表面的粗精加工工序分开即把粗加工安排在前半精加工安排在中间精加工安排在后面这是由于粗加工工序的切削余量大因此切削力夹紧力必然大加工后容易产生变形粗精加工分开后粗加工产生的变形可以在半精加工中修正半精加工中产生的变形可以在精加工中修正这样逐步减少加工余量切削力及内应力的作用逐步修正加工后的变形就能最后达到零件的技术条件

各主要表面的工序安排如下 1两端面粗铣精铣粗磨精磨

2小头孔钻孔扩孔铰孔精镗压入衬套后再精镗 3大头孔扩孔粗镗半精镗精镗金刚镗珩磨

一些次要表面的加工则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面 制定工艺路线即工序设计其主要内容包括机床与工艺装备的选择加工余量的确定工序尺寸的确定切削用量的确定时间定额的确定等在此先确定工艺路线再在后面详细论述机床与工艺装备的选择加工余量的确定工序尺寸的确定切削用量的确定时间定额的确定等内容

制定柴油机加工工艺路线的出发点应当是使其能够合理保证气缸盖的几何形状尺寸精度及位置精度等技术要求在小批量生产的生产纲领下可以考虑广泛采用技术水平较高的数控机床及加工中心并尽量使工序集中来提高生产率除此之外还应当综合考虑零件特点和技术要求工艺设备与装备的具体使用条件及经济因素等可初步确定其加工工艺路线为

制定180C柴油机连杆工艺路线的出发点应当使连杆的几何形状尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证在中批生产的生产条件下可以考虑采用通用夹具和部分专用夹具等并尽量使工序集中来提高生产率除此之外还应当考虑经济因素以降低生产成本 因此经过综合考虑最终确定180C柴油机连杆加工工艺过程如下表2-1连杆盖的加工工艺过程如下表2-2 表2-1 180C柴油机连杆加工工艺过程 序号 工序名称 定位基准

面

面 铣一步大平面及小平面 大小头平铣二步小头平面

大小头平2 铣二步大平面 大小头平面钻小头孔66

大小头平面 铣小头孔至695上偏差01 大铣另一侧面188±

9小头平面铣工艺面94±01 大小头孔

01 基面和一侧面粗镗大头孔134 基面和一侧面以及小头孔 铣工字型副板

铣落刀槽14两侧 基面和一侧面精铣外形 基面和一侧面精铣盖顶面及螺钉面 锯开 精铣一14 半精铣对接面钻扩铰各孔攻丝

步大平面 基面和一侧面精铣另一大平面及小平面 基面和一侧面半精镗大小孔 基面和铣R25R5818 精铣另一小头平面 基面和一侧面

一侧面以及大小头孔 基面和一侧面 铣两面肋 基面和一侧面 铣R75 基面和一侧面 车1795下偏差-02车185 侧面 24 车大端156165及148 25 磨两平面 基面和一铣瓦槽 基

3026 精镗大小头孔 基面和一侧面以及大小头孔 钻2-6油孔

面和一侧面以及小头孔 铣小孔倒角 铣7°斜

配重

钢质锻模件的机械加工余量按JB3835-85确定根据估算的锻件质量加工精度及锻件形状复杂系数由《机械制造工艺简明手册》表22-25可查得除孔以外各内外表面的加工余量孔的加工余量由《机械制造工艺简明手册》表22-24查得表中余量值为单面余量

1锻件质量 根据零件成品质量估算锻件质量为1352kg 2加工精度 零件表面均为精加工和磨削加工精度 3机械加工余量 用查表法确定机械加工余量 根据《机械加工工艺手册》第一卷 表3225 表3226 表3227平面加工的工序余量mm 平面加工的工序余量mm 单面加工方法 单面余量 经济精度 工序尺寸 表面粗糙度

125

粗铣 IT12 69

125

精铣

毛

坯

06 IT10 678 32 08 粗磨 03 IT8 672 16

精磨 01 IT7 67 则连杆两端面总的加工余量为

A总

A粗铣A精铣A粗磨A精磨2 150603012 mm 2连杆铸造出来的总的厚度为H 67 72mm 一确定毛坯尺寸公差

连杆的锻件质量1352kg形状复杂系数S242CrMoA中合金元素含量大于30按《机械制造工艺设计简明手册》表22-11锻件的材质系数为M2采取平直分模线锻件为精密精度等级则毛坯的公差可从《机械制造工艺设计简明手册》表22-1422-17查得

连杆毛坯的尺寸公差如表2-2毛坯的同轴度误差允许值为12mm残留飞边为12mm 毛坯图表2-连杆锻件尺寸公差mm 零件尺寸 单面加工余量 锻件尺寸 偏差

Φ137 15 Φ134 1795 425

188

Φ77

Φ66 70 1 72

1 65

com分重要工序介绍

一连杆两端面的加工

采用粗铣精铣粗磨精磨四道工序并将精磨工序安排在精加工大小头孔之前以便改善基面的平面度提高孔的加工精度粗磨在转盘磨床上使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削这种方法的生产率较高精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削这种办法的生产率低一些但精度较高

连杆大小头孔的加工

连杆大小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序它的加工精度对连杆质量有较大的影响

小头孔是定位基面在用作定位基面之前它经过了钻扩铰三道工序钻时以小头孔外形定位这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小

小头孔在钻扩铰后在金刚镗床上与大头孔同时精镗达到IT6级公差等级然后压入衬套再以衬套内孔定位精镗大头孔由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差

大头孔经过扩粗镗半精镗精镗金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级表面粗糙度Ra 为04μm大头孔的加工方法是在铣开工序后将连杆与连杆体组合在一起然后进行精镗大头孔的工序这样在铣开以后可能产生的变形可以在最后精镗工序中得到修正以保证孔的形状精度 连杆螺栓孔的加工

连杆的螺栓孔经过钻扩铰工序加工时以大头端面小头孔及大头一侧面定位 为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向从而达到所需要的技术要求

粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法这样铣夹具没有活动部分能保证承受较大的铣削力精铣时为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直使用两工位夹具连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后夹具上的定位板带着工件旋转1800 铣另一个螺栓孔的两端面这样螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证

连杆体与连杆盖的铣开工序

剖分面亦称结合面的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差003mm 并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度除夹具本身要保证精度外锯片的安装精度的影响也很大如果锯片的端面圆跳动不超过002 mm则铣开的剖分面能达到图纸的要求否则可能超差但剖分面本身的平面度粗糙度对连杆盖连杆体装配后的结合强度有较大的影响因此在剖分面铣开以后再经过磨削加工

大头侧面的加工

以基面及小头孔定位它用一个圆销小头孔装夹工件铣两侧面至尺寸保证对称此对称平面为工艺用基准面

确定工序尺寸的一般方法是由加工表面的最后工序往前推算最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注当无基准转换时同一表面多次加工的工序尺寸与工序或工步的加工余量有关当基准不重合时工序尺寸应用工序尺寸链解算 确定各主要面的工序尺寸

圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关前面根据有关资料已经查出本零件各圆柱面的总加工余量毛坯余量应将总加工余量分为各工序加工余量然后由后往前计算工序尺寸中间工序尺寸的公差按加工方法的经济加工精度确定

根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》 表229 表234 1大头孔各工序尺寸及其公差铸造出来的大头孔为55 mm 工序名称 工序基 本余量 工序经济

精度 工序尺寸 最小极限尺寸 表面粗糙度

1375 16 半精镗 1

137 16 134 134 125

精镗

04

1375136

二次粗镗 2 扩孔 136 63 一次粗镗 2 132 132 2小头孔各工序尺寸及其公差

根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》 表229表230 工序

名称 工序基本余量 工序经济 精度 工序

尺寸 最小极限尺寸 表面 粗糙度

精镗

02

Φ7749 Φ7749 16

半精镗 02

Φ7729Φ7729 64

Φ68 二次粗镗 9 Φ68

125

Φ771 Φ771 125 一次粗镗 锻至Φ68 1铣连杆大小头平面 选用X52K机床

根据《机械制造工艺设计手册》表2481选取数据

铣刀直径D 100 mm 切削速度Vf 247 ms 切削宽度 ae 80 mm 铣刀齿数Z 6 切削深度ap 3 mm 则主轴转速n 1000vD 475 rmin 根据表3131 按机床选取n 500 min 则实际切削速度V Dn1000³60 267 ms 铣削工时为按表2510 L 3 mm L1 15 50 mm L2 3 mm 基本时间tj Lfm z 32003 500³018³6 038 min 按表2546 辅助时间ta 04³045 018 min 粗磨大小头平面 选用M7350磨床

根据《机械制造工艺设计手册》表24170选取数据 砂轮直径D 40 mm 磨削速度V 033 ms 切削深度ap 03 mm fr0 0033 mmr Z 8 则主轴转速n 1000vD 1588 rmin 根据表3148 按机床选取n 100 rmin 则实际磨削速度V Dn1000³60 020 ms 磨削工时为按表2511 基本时间tj zbknfr0z 03³1 100³0033³8 001 min 按表3140 辅助时间ta 021 min 铣大头两侧面

选用铣床X62W 根据《机械制造工艺设计手册》表2477 88 选取数据

铣刀直径D 50 mm 切削速度V 064 ms 铣刀齿数Z 3 切削深度ap 4 mm af 010 mmr 则主轴转速n 1000vD 611 rmin 根据表3174 按机床选取n 750 rmin 则实际切削速度V Dn1000³60 078 ms 铣削工时为按表2510 L 40 mm L1 15 85 mm L2 25 mm 基本时间tj Lfmz 408525 750³010³3 023 min 按表2546 辅助时间ta 04³045 018 min 粗镗大头孔 选用镗床T68 根据《机械制造工艺设计手册》表2466选取数据

铣刀直径D 135m 切削速度V 016 ms 进给量f 030 mmr 切削深度ap 30 mm 则主轴转速n 000vD 47 rmin 根据表3141 按机床选取n 800 rmin 则实际切削速度V Dn1000³60 272 ms 镗削工时为 按表253 L 38 mm L1 35 mm L2 5 mm 基本时间tj Lifn 38355 030³800 019 min 按表2567 辅助时间ta 050 min 铣开连杆体和盖 选用铣床X62W 根据《机械制造工艺设计手册》表2479 90 选取数据

铣刀直径D 63 mm 切削速度V 034 ms 切削宽度ae 3 mm 铣刀齿数Z 24 切削深度ap 2 mm af 0015 mmr d 40 mm 则主轴转速n 1000vD 103 rmin 根据表3174 按机床选取n 750 rmin 则实际切削速度V Dn1000³60 247 ms 铣削工时为 按表2510 L 17 mm L1形容词节点甲 飞机 3 节点乙 鱼片 形容词节点丙 飞机 3 节点乙 鱼片 形容词节点甲 飞机-1 节点丙 飞机 A C not_a_blind_slot 甲乙丙

图4 步骤 图5 盲步骤 图6 焊盘 图7 洞 图8 盲孔

一种原始的功能是通过合并形成的边界面孔的原根的功能突变的成员根本特点和成员的边界将面临着一个家庭的一个原始的特征[ 16 ] 原始功能中可能存在三个礼仪 一独立 二与另一原始功能形成一个复杂的功能或 iii 与其他复杂的功能形成一个高层次复杂的功能下一水平的塑料制品的特点是复杂的功能这是所形成的相互作用的两个原始的塑料产品功能

有四种类型的功能互动边界脸边界面临 bb 段的相互作用根面临边界面临经常预算的相互作用根面临根面居民的相互作用和边界面临根面巴西的相互作用在BB心跳的互动这两个功能有一个共同的边界脸在经常预算的互动边界面对的一

第三篇：195柴油机连杆设计及连杆螺栓强度校核计算课程设计说明书_百.

课程设计说明书

课 程 名 称: 发动机设计课程设计

课 程 代 码: 8205531

题 目: 195柴油机连杆设计及连杆螺栓强度校核计算

学院(直属系 : 交通与汽车工程学院

年级/专业/班: 2009/热能与动力工程（汽车发动机）/1班 学 生 姓 名:

学 号: 3120090805015XX

指 导 教 师: 曾东建、田维、暴秀超

开 题 时 间: 2012 年 6 月 28 日 完 成 时 间: 2012 年 7 月 16 日

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………………2 1引言…………………………………………………………………………………………3 1.1国内外内燃机研究现状……………………………………………………………………3 1.2任务与分析…………………………………………………………………………………5 2柴油机工作过程计算…………………………………………………………………………6 2.1 已知条件……………………………………………………………………………6

2.2 参数选择………………………………………………………………………………7 2.3 195柴油机额定工况工作过程计算…………………………………………………7 3 连杆设计……………………………………………………………………………………11 3.1 连杆结构设计………………………………………………………………………11 3.2 连杆材料选择………………………………………………………………………13 4 连杆螺钉强度校核…………………………………………………………………………14 4.1 连杆螺钉的结构设计 ……………………………………………………………14

4.2 连杆螺钉的强度校核………………………………………………………………14 5 结论…………………………………………………………………………………………18 致谢……………………………………………………………………………………………19 参考文献………………………………………………………………………………………19 附录：195柴油机额定工况工作过程计算程序………………………………………………20

摘 要 世纪 90 年代以来，汽车行业的竞争已从单一的性能竞争转向性能、环保、节能等多元综合竞争。仅就柴油机而言，为应对世界能源危机和减少对环境污染，其研究开发工作已侧重于降低油耗、减少排放、轻质及减少磨损等方面，在这些研究中优化技术将得到广泛的应用。汽车已经在普通民众中得到普及，随着汽车行业的不断发展，汽车产业的未来乐观与否一定意义决定于发动机的技术水平。因此，培养高素质的汽车发动机人才对当今社会的快速发展至关重要。

本次课程设计的既是通过对195柴油机结构的分析研究，计算工作过程中的热力参数绘制其工作过程的P-V图，绘制195柴油机总成横剖面图，对连杆进行设计、强度计算和绘制连杆零部件图，对并对设计好的连杆大头、小头和螺钉进行校核，以根据工况设计连杆小头、杆身、大头，合理达到要求。此次，我们就选择了对连杆螺钉进行校核。连杆螺钉在连杆盖以及连杆大头之间的联接

发挥着至关重要的作用，并且由于往复惯性力和气体压力的双重作用下，使螺钉的受力十分严酷，所以对其进行强度校核就显得十分必要。

关键词： 柴油机、连杆、设计、校核

1引 言

1.1国内外内燃机研究现状

毫无疑问，节能、环保是当今内燃机研究的主题。发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，现在的汽车发动机不仅注重汽车动力的体现，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲的享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约资源。

发动机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机变气门，变升程，变相位，甚至停掉几个缸的技术，都没能做到在行进中连续变缸径，但有等效的。

清洁燃料以及代用燃料发动机的研制。迫于环境的要求，汽车巨头们曾预言，未来数年后汽车将使用液化氢、天然气或电力作为动力，如果压缩天然气CNG技术日趋成熟，另外，内燃机的研究领域也深入到了甲醇、酒精、二甲醚等代用燃料的领域。

采用计算机来模拟进出燃烧室的燃料和空气流的情况也是一项突破性的技术。燃烧室和活塞的形状、喷油脉冲的能量和方向、活塞和发动机热量的运动情况都会影响油气混合物雾滴的位置。这项技术采用了 指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。稀燃，顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。

VVT（Variable Valve Timing的缩写可变气门正时技术，它是汽油发动机技术发展的一个里程碑。其主要设计思想是发动机气门升程和配气相位定时可以根据发动机工况作实时的调节。而我们常见的CVVT，就是在这个原理上增加了连续性的概念，即Continue。CVVT的主要设计原理是通过电子控制系统改变凸轮轴打开进气门的时间早晚，从而控制所需的气门重叠角。这项技术着重于第一个字母C(Continue连续，强调根据发动机的工作状况连续变化，时时控制气门重叠角的大小，从而改变气缸进气量。当发动机低速小负荷运转时，如怠速状态，这时应延迟进气门打开时间，减小气门重叠角，以稳定燃烧状态。当发动机低速大负荷运转时，如起步、加速、爬坡时，应使进气门打开时间提前，增大气门重叠角，以获得更大的扭矩。当发动机高速大负荷运转时，如高速行驶时，也应延迟进气门打开时间，减小气门重叠角，从而提高发动机工作效率。当发动机处于中等工况时，如中速匀速行驶时，CVVT也会相对延迟进气门打开时间，减小气门重叠角，此时的目的是减少燃油消耗，降低污染排放。FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写，意指燃油分层直喷技术。该技术利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道(共轨到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合

气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。

FSI发动机与传统发动机相比拥有更低的油耗、更好的环保和更大的输出功率和扭力。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种，可以让每一滴燃油都能更加充分的燃烧，从而节省汽车的燃油消耗量。1.2任务与分析

1.2.1热计算

1）目的

促进学生复习和总结已学知识，提高发动机工作过程中热力参数与结构之间的关系；熟悉各参数对发动机工作指标的影响，结合对各参考发动机及其工况的分析，培养学生的分析能力，从而达到能正确选择参数的目的。（1）掌握了不同参数的选取、确定，掌握了过量空气系数：α，最高燃烧压力：Pz，热量利用系数：ξz，残余废气系数：γ，排气中点温度：Tr，示功图丰满系数：Φi，机械效率：ηm，等参数对计算结果的影响和变化规律。

(2学生对发动机的工作过程的各个过程相互的影响有一个清晰的认识，了解了汽油机与柴油机工作过程计算的差异。通过P-V图的绘制，使学生掌握了如何利用示功图进行发动机的工作过程分析。掌握了汽油机、柴油机在同一工作过程的不同的曲线的变化趋势。

(3由于要求计算过程必须采用VB编程进行，因此，使学生更进一步了解如何使用计算机，进行具体的设计计算工作，更进一步熟悉计算机编程。

1.2.2纵、横剖面图

1）训练的目的

绘制发动机纵横剖面图，在课程设计中占很重要的地位。设计的发动机是否合理？能否达到热计算中所确定的参数指标？都将在图上得到不同程度的反映，同时它还能表达所设计发动机的结构特点，零部件的主要形状，相互关系，附件的布置和各系统、机构的安排。通过绘制发动机纵、横剖面图，能培养学生的识图和绘图能力，以及对已学知识的综合运用能力，为毕业设计奠定一定的基础。要求学生对发动机结构形式，设计指标进行深入全面的了解，作出分析评价，将其优点应用到设计的发动机上，并认真负责地对待自己画的每一条线，和贯彻有关国家标准。2）训练效果分析

195柴油机从结构上来讲，是最简单的发动机，通过195柴油机纵横剖面图绘制的训练，使学生全都掌握了：

（1）发动机的基本结构，零部件的主要形状，相互关系，附件的布置和各系统、机构的安排。

（2）通过绘制发动机纵、横剖面图，培养了学生的识图和绘图能力，以及对已学知识的综合运用能力，为毕业设计奠定一定的基础。

（3）学生对发动机结构形式，设计指标进行了深入全面的了解，作出分析评价，将其优点应用到设计的发动机上，并认真负责地对待自己画的每一条线。（4）熟悉了有关国家标准。

1.2.3连杆设计、强度计算和绘制连杆零部件图 1）目的

（1）校核零件的结构强度，绘制零件图，促使学生复习和掌握所学知识，进行工程师必备的基本功训练。

（2）分析发动机连杆的运动规律与受力情况，作为强度，设计连杆。培养和锻炼学生设计、绘图、分析和计算能力。2）训练效果分析

通过对连杆设计，使学生掌握了：

（1）如何分析零件的运动规律和受力，如何进行计算和校核。

（2）如何确定设计要求，建立完整的零件的设计步骤、思维。1.2.4发动机课程设计说明书编制

按《西华大学本科课程设计说明书规范化要求》的格式要求进行撰写，通过训练，使学生们掌握了：

1设计说明书的编制格式，为毕业设计打下基础。

2对整个发动机设计课程设计的工作内容进行总结，训练学生收集资料，分析资料，利用资料，组织资料的能力。3训练文字编辑能力。

2柴油机工作过程计算

2.1 已知条件

195柴油机已知条件 表2-1 缸 径： D=95 mm

气缸数： i=1 标定功率： Ne=8.8kw 有效油耗 ge =235g/Kw.h 标定转速： N=2000r/m 压缩比： 19~21 每缸工作容积： V=0.815(L 曲柄半径和连杆长度比： R/L=1/4 大气状态： PO=1bar、TO=288K 燃烧室形式，分隔式燃烧室

冷却方式等。

2.2参数选择

开式蒸发冷却

过量空气系数：α=1.65； 最高燃烧压力：Pz=75bar；

残余废弃系数：γ=0.04； 排气终点温度：Tr=850K； 示功图丰满系数：Φi=0.93； 机械效率：ηm=0.80； 进气加热温升：△T=20℃；平均多变压缩指数：n1=1.36；平均多变膨胀指数：n2=1.25。P0 = 1bar；T0 =288k 2.3 195柴油机额定工况工作过程计算 2.3.1 排气冲程

（1）终点压力：

=1.08 bar

（2 终点温度：2.3.2 进气冲程

选择残余废弃收缩系数 δ=0.5

=794

终点压力：= 0.95bar

终点温度： =325.86 K

充气效率：2.3.3 压缩冲程

= 0.89

压缩终点压力：压缩终点温度：2.3.4 燃烧过程

= 52.673bar

= 958.58 K

（1）理论所需空气量： = 0.4875 Kmol/Kg

（2）新鲜充量：

= 0.813 Kmol

（3）燃烧产物总量： = 0.833 Kmol

（4）理论分子变更系数： = 1.232

（5）实际分子变更系数：(6 最高燃烧压力 Pz = 75 bar

= 1.228

(7 压力升高比 = 1.35

(8 燃烧重点温度Tz的计算 燃料的低热值:Hu = 42500(KJ/Kg 热量利用系数

因为 将的值带入下面所示的方程组,即可解出Tz的值:

从而解得 Tz = 2035 K

(9 初期膨胀比：2.3.5膨胀过程

= 1

(1 后期膨胀比：

=9

(2 膨胀终点压力：

= 1.85 bar

(3 膨胀终点温度：2.3.6 指示性指标的计算

= 883 K

（1）平均指示压力：

=7.2 bar

=6.4 bar

（2）指示热效率：

=0.42

（3）指示燃油消耗率：

（4）有效热效率：

=0.35

（5）有效燃油消耗率：

=241.52 g/KW.h

（6）平均有效压力：

=6.356bar

（7）有效功率：

=8.6

2.3.7 P-V示功图 连杆设计

3.1 连杆结构设计

3.1.1 连杆小头的结构设计

连杆小头与活塞销相连，工作时，连杆小头与活塞销之间有相对转动，因此连杆小头孔中一般压入减摩的青铜衬套。同时，为了润滑活塞销和衬套，在小头和衬套上钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转过程时被激溅上来的机油，以便润滑活塞销和衬套。有的发动机连杆小头采用压力润滑，在连杆杆身内钻有纵向的压力油通道。

连杆小头位于活塞销内腔，特点是：尺寸小、轴承比压高、温度较高；轴承表面相对运动速度较低，摆动运动，不利于形成油锲或者承载油膜。连杆径向尺寸和外表面是否加工有关，外表面不加工的连杆小头，其的连杆小头，在之间。，全部经过机械加工

为了耐磨，在小头孔内还压有耐磨衬套。设计连杆小头的任务是确定其结构尺寸（小头轴承孔直径d1和宽度B1、外形尺寸D1、衬套外径d）和润滑方式。其中d1、B1已在活塞组设计中确定，一般柴油机B1≈d1。据统计，小头的外径一般比孔径大20%-35%，即D1=（1.2～1.35）d，小头的最小径向厚度大于4毫米。该尺寸可按强度、刚度条件确定。有的连杆小头，外径中心向上下各偏差e，以加强结构，并相对减轻了重量，一般e=（0.02～0.04）D。

综上所述，得出本次设计的连杆小头的尺寸为：D1=Φ50 mm, d=Φ40（0±0.025）mm。

3.1.2 连杆杆身的结构设计

工字型断面的平均相对高度H/D=0.3～0.4(柴油机，高度比H/B=1.4～1.8。工字行杆件的宽度B初步值可按以下经验公式求出：分别为气缸直径和行程。

杆身也承受交变载荷，可能产生疲劳破坏和变形，连杆高速摆动时的横向惯性也会使连杆弯曲变形，因此杆身必须有足够的断面积，并消除产生应力集中的因素。

为使连杆从小头到大头传力比较均匀，一般把杆身断面H从小头到大头逐渐加大，大的圆角半径。

对工作可靠的发动机的统计表明，现代汽油机连杆杆身平均断面积fm与活塞面积Fp之比fm/Fp=0.02～0.035，柴油机为0.03～0.05。为了在较小重，其中D、S

值最大到1.3左右，杆身到小头到大头的过度必须用足够

量下得到较大的刚度，高速内燃机的连杆杆身断面都是“工”字型的，而且其长轴应在连杆摆动平面内。计算选取，R=60mm，取L=210mm；取

=33mm。

3.1.3 连杆大头的结构尺寸设计

连杆大头联接连杆和曲轴，要求有足够的强度和刚度，否则将影响薄壁轴瓦、连杆螺栓，甚至整机工作可靠性。为了便于维修，高速内燃机的连杆必须能从气缸中取出，连杆大头的结构与尺寸的基本上决定于曲柄销直径D2、长度B2，连杆轴瓦厚度

和连杆螺钉的直径dm。其中D2、B2是根据曲轴强度、刚度和轴承的承压能力，在曲轴

设计中确定。为了结构紧凑，轴瓦厚度=1.5~3毫

米。连杆螺钉尺寸则根据强度设计。因此，本处所谓大头设计，实际上是确定连杆大头在摆动平面内某些主用尺寸，连杆大头剖分型式、定位方式，及大头盖的结构设计。

连杆大头连接连杆和曲轴，要求有足够的强度和刚度，否则将影响薄壁轴瓦，连杆螺钉，甚至整机工作可靠性。为了便于维修，内燃机的连杆必须能从气缸中取出，故要求大头在摆动平面内的总宽度必须小于气缸直径；大头重量产生的离心力会使连杆轴承、主轴承负荷增大，磨损加剧，于是还为此不得不增大平衡重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连杆大头时，应在保证强度、刚度条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。

大头尺寸设计：

1）曲柄销直径、长度

趋于减薄，汽车拖拉机用轴瓦

这两个尺寸是根据曲轴强度、刚度和轴承的承压力，在曲轴设计中确定的。也可根据=36mm。2连杆轴瓦厚度=1.3～3mm，取

=2mm ，来初步确定。本次设计

=68mm，3）螺栓距离C，C取88mm,螺栓孔外侧壁厚不得小于2毫米。4大头切口形式和定位方式

195柴油机连杆所采用的斜切口，斜角为45°，端面则采用止口定位，其工艺简单，成本低。但不能防止大头盖止口向外变形，连杆体止口向内变形，这种盖与体都是单向定位，定位不可靠；止口易变形；止口因加工误差或装拆变形对大头孔影响较大。

5）连杆大头各处的形状应采用圆滑过渡。

3.2 连杆材料选择

为了保证连杆在机构轻巧的条件下有足够的刚度，一般多用精选含碳量的优质中碳机构钢，只有在特别强化且产量不大的汽油机中用40Cr等合金钢。合金钢有较高的综合机械性能，但当存在产生应力集中的因素时，它的耐劳能力急剧下降，甚至低到与碳素钢不相上下。所以合金钢连杆的形状设计、过度圆滑性、毛坯表面质量下降等，必须给以更多的注意，才能充分发挥优质材料的潜力。40MnB,40MnVB等硼钢作为高负荷的大量生产连杆的材料，显示了良好的使用性能。40MnB钢化学成分（%）：C（0.37～0.45），Mn（1.1～1.4），Cr<0.3，P和S≤0.04，B（0.001～0.005），经850℃油淬500℃高温回火

后强度极限σb>1000(性>70。，屈服强度σa>800（），冲击韧连杆纵向端面内宏观金相组织要求金属纤维方向与连杆外形相符，纤维无环曲及中断现象。连杆一般用刚锻造，在机械加工前应进行调质处理（淬火后高温回火），以得到较好的综合机械加工性能，既强又韧。为了连杆的疲劳强度，不经机械加工的表面应经过喷丸处理。连杆必须经过磁力探伤检查，以求工作可靠。

我国已研究成功连杆辊段工艺，辊段工艺不仅不需要大型锻造设备，而且还改善了工人的劳动条件。为了节约优质钢材，降低产品成本，我国还成功地试用了一稀有镁球墨铸铁制造高速汽油机连杆。试验证明，铸造连杆的强度应在HB210-250之间，上限是为了保证有足够的强度，下线是为了保证良好的韧性。这样硬度的珠光体铸铁具有300-350（）的抗弯曲疲劳强度，与中碳钢差不多。在大批量生产铸造连杆时为了保证制造质量稳定，要求对炉料、热处理等工艺规程严加控制，并仔细的在内在质量检查，例如超声波或X线无损探伤等。据国外经验，强韧的珠光体可锻铸铁适于制造连杆。本次设计选用材料40Cr。连杆螺钉的结构设计及强度校核

4.1 连杆螺钉的结构设计

发动机连杆组的功能是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上气体的作用力传递给曲轴，以输出功率。连杆组在工作时作平面运动，承受了大小和方向均按周期性变化的气体作用力和惯性力的作用，并作往复和摆动的复合运动。发动机的连杆大头与曲轴连杆轴颈的联接是靠连杆螺钉来实现的，所以连杆螺钉所承受的载荷是交变载荷。为了保证连杆大头结合面

在工作时不分离，连杆螺钉在装配时应有足够的预紧力（P0）。此力由两个部分组成：一部分为使连杆轴瓦紧贴轴承瓦座所需的预紧力；另一部分为防止连杆体和连杆轴承瓦座结合面在工作载荷作用下脱开所需的预紧力。这两部分力对连杆螺钉都造成扭力。

根据螺钉受力情况设计出螺钉的参数：

螺纹规格d=M12；公称长度为L=59mm；性能等级为8级

4.2 连杆螺钉的强度校核

四冲程发动机工作时，连杆螺钉承受的最大拉伸载荷口连杆来说，连杆螺钉所承受的拉伸载荷为：

按公式计算。对斜切

式中ψ——连杆体与连杆盖结合面与垂直连杆纵轴的平面间的夹角 ——活塞组的重量 G1——连杆组往复部分的重量 G2——旋转部分的重量 G3——连杆大头盖的重量

λ——曲柄连杆比

G=1.75kg G1=0.55kg G2=1.164 G3=0.25kg λ=0.25 则

连杆螺钉的预紧力

——连杆螺钉螺纹外径（12mm）S——螺距（88mm）——摩擦系数

——螺钉支撑环面平均半径（7.2mm）

其中： S/则 =0.1 /=0.6 =0.15

连杆螺钉的预紧力不足不能保证连接的可靠性，但预紧力过大则可能引起材料屈服，最后仍会使连接松弛，因此必须校核屈服的可能性

——连杆螺钉最小端面积

螺钉最小直径12×0.85=10.2mm

——基本动载荷系数 选取为0.22 所以

则屈服强度满足要求

连杆螺钉所受的拉力在则螺纹杆部名义应力： 螺杆部的直径d=12mm

和 之间变化。

对螺纹根部名义应力：

螺纹根部的直径d=12×0.85=10.2mm

对螺杆进行疲劳安全系数计算：

式中：——为材料在对称循环下的拉压疲劳极限，此处取

——工艺系数 此处取0.5 ——角系数 此处取0.2 所以螺杆的疲劳安全系数计算：

对螺纹根部进行疲劳安全系数计算：

由于选用具有较高的屈服极限的中碳合金钢40Cr制造，在调质处理后硬度达到HRC29~39，屈服极限在800为800。

以上。查表可求得则许用应力：

则：连杆螺钉的屈服强度和疲劳强度符合设计标准 5 结 论

在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力，以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚

踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

致 谢

值在本报告完成之际，首先感谢辛勤传授我知识的交通与汽车工程学院。

在此也感谢我们的曾老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次发动机设计的每个细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

其次，我也十分感谢在整个课程设计实验中给予我帮助的同学和室友，感谢他们在学习中给我的帮助。

最后感谢我的父母，他们的鼓励是我完成这次报告的动力，感谢他们无私的奉献。

【参考文献】

［1］曾东建.汽车发动机设计.西华大学，2009.［2］魏远文.发动机工作过程计算.西华大学，2009 ［3］周龙保，高宗英.内燃机学［M］.机械工业出版社，2003 ［4］杨宝刚.开展企业管理信息化工作的步骤［J］，企业管理，2002（11）：12～15 ［5］Islamabad.Software tools for forgery detection［J］.Business line.2001.(5）.29～32 ［6］何华，曾馨.发动机结构［M］.北京：北京理工大学出版社，2006.［7］西华大学交通与汽车工程学院.内燃机课程设计指导书

［8］臧杰，阎岩.汽车构造［M］.北京：机械工业出版社，2008

附录：195柴油机额定工况工作过程计算程序

程序核心代码 Option Explicit Dim n, nn, pr, po As Single Dim tr, pa, Va, s, d, vh, kkk As Single Dim pab, e, paa, pad, pac As Single Dim tt, t, yy, fa, ta As Single Dim nv, n1, tc, pc, fx As Single Dim l, Vc, gc, gh, g0 As Single Dim Vcx, r, lo, a, mt, m1, m2, u0, u As Single Dim khu, cv1, cv2, tz, ccc, hu, qq, aaa, bbb As Single Dim l8, n2, pz, tb, pi1, pi, p As Single Dim fi, pm, nm, ni, gi, ne, pe, ge, nne, i, v, pb As Double Dim ylsgb As Single Dim P0, Pcx, Tcx, Pbx, Tbx, Vbx As Single Dim x, y As Integer Dim φx, Vb1

Private Sub Command2_Click(Picture1.Cls End Sub Private Sub Command3_Click(End End Sub

Private Sub Command4_Click(Picture1.Cls Picture1.Scale(-0.1, 120-(1.1,-10 Picture1.ForeColor = vbBlack Picture1.Line(0, 0-(1.3, 0 '画X轴 Picture1.Line(0, 0-(0, 115 '画Y轴

Picture1.CurrentX = 0.95: Picture1.CurrentY =-0.02: Picture1.Print “V(L” Picture1.CurrentX = 0.02: Picture1.CurrentY = 115: Picture1.Print “P(bar” For y = 0 To 110 Step 5 '画刻度 Picture1.Line(0, y-(0.02, y Picture1.CurrentX =-0.08: Picture1.CurrentY = y + 1.5: Picture1.Print y Next y Picture1.Line(0, 115-(-0.01, 113.5 '画箭头 Picture1.Line(0, 115-(0.01, 113.5 For x = 0.1 To 1 Step 0.1 '画刻度 Picture1.Line(x, 0-(x, 0.2 Picture1.CurrentX = x1 Picture1.ForeColor = vbBlue Picture1.CurrentX = Vc + 0.01: Picture1.CurrentY = 10: Picture1.Print “Vc” Picture1.Line(Vc, 120-(Vc, 0 '画Vc线 Picture1.ForeColor = vbRed

Picture1.Line(0, 1-(0.95, 1 '画P0线

Picture1.CurrentX = 0.95: Picture1.CurrentY = 4: Picture1.Print “P0” Va = vh + vh /(e1 Picture1.ForeColor = vbGreen '===================================画压缩曲线========================= For φx = 0 To 3.14 Step 0.0001

Vcx = vh / 2 *((1Cos(2 * φx * 1 / 4 / 4 + Vc Pcx = pa *(Va / Vcx ^ n1 Picture1.PSet(Vcx, Pcx Next φx

Picture1.Line(Vc, pc-(Vc, pz '===================================画膨胀曲线========================= For φx = 3.14 To 6.28 Step 0.0001

Vbx = vh / 2 *((1Cos(2 * φx * 1 / 4 / 4 + Vc Pbx = pb *(Va / Vbx ^ n2 If Pbx <= pz Then Picture1.PSet(Vbx, Pbx Else: Picture1.Line(Vc, pz-(Vbx, pz End If Next φx

Vb1 = vh / 2 *((1Cos(2 * 6.4 * 1 / 4 + Vc Picture1.Line(Va, pa-(Va, pb '画放热线 Picture1.Line(Va, pc-(Va, pz '画加热线

End Sub Private Sub Command1_Click(s = Val(Text2.Text: d = Val(Text4.Text n = Val(Text1.Text: po = Val(Text15.Text / 10: e = Val(Text5.Text: tt = Val(Text17.Text: fa = Val(Text18.Text: r = Val(Text2.Text l = Val(Text31.Text / 3.14 /((d / 2 ^ 2 gc = Val(Text11.Text: gh = Val(Text12.Text: g0 = Val(Text8.Text a = Val(Text19.Text: mt = Val(Text20.Text: fi = Val(Text9.Text: i = Val(Text3.Text n1 = Val(Text14.Text: n2 = Val(Text33.Text '================================排气过程=========================== pr = Int(1000 * 10.8 * po / 1000: tr = 350 /(1.2 / Log(n * Log(10 + 0.005 *(e1: hu = 42500 '柴油机 暂时先赋的值

'================================进气过程=========================== 'kkk = 2.4 * nn / n 'pab =(10 / kkk ^ 2 paa = n ^ 2 / 520000000 pac =((e1 ^ 2 '残余废气收缩系数 暂时取的0.5 ' pad = 10.0125 * n /(110pr ' 残余废气系数 yy ' ta =(t + tt + yy * fa * tr *(pa / pr ^((npr /(tt + t /(10 * po /(e0.05 * nn / n '平均压缩多变指数 pc = Int(100 *(pa * e ^(n1 / 100 '压缩终点压力 tc = Int(10 * ta * e ^(n1g0 / 32 m1 = a * lo: m2 = a * lo + gh / 4 + g0 / 32 u0 = m2 / m1 u =(u0 + yy /(1 + yy '实际分子变更系数 'khu = 58000 *(1khu / m1 /(1 + yy + cv1 * tc / u aaa =(3.3 / a + 3.7 * 4.1868 / 10000 '柴油机 bbb =(4.8 + 2.2 / a * 4.1868 tz = Int((-bbb +(bbb ^ 2 + 4 * aaa * ccc ^ 0.5 / 2 / aaa '燃烧终点温度 ' l8 = u * tz / tc '压力升高比

ylsgb = Val(Text29.Text p = u * tz / ylsgb / tc '----柴油机预期膨胀比----pz = Int(100 *(ylsgb * pc / 100 '最高燃烧压力

'=================================膨胀=========================================== 'n2 = 1.2 + 0.03 * nn / n pb = Int(100 *(pz /(e ^ n2 / 100 '膨胀终点压力 tb = Int(tz /(e ^(n21 *(ylsgb * p /(n21 / e ^(n21 /(n11 / e ^(n1pm / pi ' 机械效率

ni = Int(10000 * 8.314 * m1 * tt * pi / hu / 10 / po / nv / 10000 '指示热效率 gi = 3600000 / hu / ni '指示燃油消耗率 ne = nm * ni '有效热效率 pe = pi * nm '平均有效压力

ge = 3600000 / hu / ne '有效燃油消耗率

vh = Int(10000 * 3.14 *(d / 2 ^ 2 * r / 10 ^ 6 / 10000 v = Int(10000 *(vh / e + vh / 10000 '--------------------汽缸容积 nne = i * v * pe * n / 1224 '--------------------有效功率 Text7(1.Text = “0” & Int(10000 * ni / 10000 Text7(3.Text = Int(100 * gi / 100 Text7(4.Text = “0” & Int(10000 * ne / 10000 Text7(5.Text = Int(1000 * pe / 1000 Text7(6.Text = Int(100 * ge / 100

Text7(7.Text = Int(100 * nne / 100 Text10.Text = pr: Text13.Text = Int(10 * tr / 10: Text21.Text = “0” & Int(100 * pa / 100: Text22.Text = Int(ta * 10 / 10 Text23.Text = pz: Text24.Text = tz: Text25.Text = tb: Text26.Text = pb Text27.Text = pc: Text28.Text = tc eee: End Sub 程序运行结果

图2-1 195柴油机工作过程计算及P-V图显示

第四篇：连杆设计说明书

连杆设计说明书

课程设计要求：

1.了解活塞、连杆、曲轴的设计基准、工艺基准、和加工基准。2.正确的表达零件的形状，合理布置试图。3.正确理解和标注尺寸公差和形位公差。4.能读懂图样上的技术要求。5.正确编写课程设计说明书。

6.熟练掌握AutoCAD绘制工程图纸。连杆的作用

连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞。连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。一般做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓连接为一体。连杆轴瓦安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈装和在一起，是发动机中最重要的配合副之一。常用的减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。

连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Ｃr或40MnB等调质钢。

连杆组

连杆组包括连杆体、连杆盖、小头衬套、连杆瓦、连杆螺栓、连杆螺母等。在三维造型时，可以将连杆体、盖、螺栓等作为一体，因小头衬套材料为铜铅合金，可以分开造型，然后组装成一体进行分析。

一般认为连杆小头随活塞组作往复运动，连杆大头作随曲拐作旋转运动，连杆杆身作复杂的平面运动。

将连杆组件的质量转换成集中于活塞销中心的往复质量m1和集中于曲柄销的旋转质量m2。根据力学原理：质量转换必须满足下列3个条件： ① 质量不变：简化前后的质量不变； ② 质心位置不变：系统质心与连杆组质心重合。

③ 系统对质心的转动惯量不变：简化的质量对质心的转动惯量之和应等于原来的转动惯量； 连杆的受力

连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。

连杆螺栓

连杆螺栓是连接连杆大端与轴承座的至关重要的连接螺栓。连杆螺栓的受力：

二冲程柴油机的连杆螺栓：预紧力。

四冲程柴油机的连杆螺栓：预紧力，惯性力拉伸，大端变形产生附加弯矩； 材料：选用韧性好，强度高的优质碳钢或合金钢；

结构：耐疲劳的柔性结构(增加螺栓长度，减小螺栓杆部直径以增加螺栓柔 度)；精细加工螺栓螺纹；断面变化处及螺纹处采用大圆角过渡；保证螺 栓 头与螺母支承平面与螺纹中心线垂直。

连杆螺栓的类型：用螺帽连接与不用螺帽连接两类。

连杆螺栓的安装：必须严格按照说明书规定（安装预紧力的大小、预紧方法、预紧次序等）。

连杆损坏形式

连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Ｃr或40MnB等调质钢，但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解（conrod fracture splitting）的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，德国汽车企业生产的新型连杆材料多为C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、frACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等(以上均为德国din标准)。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过渡圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。

对连杆的要求：

①连杆应耐疲劳、抗冲击，具有足够的强度和刚度。②连杆长度应尽量短，以降低发动机的高度和总重量。

③要求连杆轴承工可靠寿命长重量加工容易拆装维修方便。

连杆的工艺特点

(1)连杆体和盖厚度不一样，改善了加工工艺性。连杆盖厚度为31mm，比连杆杆厚度单边小3.8mm，盖两端面精度产品要求不高，可一次加工而成。由于加工面小，冷却条件好，使加工振动和磨削烧伤不易产生。连杆杆和盖装配后不存在端面不一致的问题，故连杆两端面的精磨不需要在装配后进行，可在螺栓孔加工之前。螺栓孔、轴瓦对端面的位置精度可由加工精度直接保证，而不会受精磨加工精度的影响。

(2)连杆小头两端面由斜面和一段窄平面组成。这种楔形结构的设计可增大其承压面积，以提高活塞的强度和刚性。在加工方面，与一般连杆相比，增加了斜面加工和小头孔两斜面上倒角工序；用提高零件定位及压头导向精度来避免衬套压偏现象的发生，但却增加了压衬套工序加工的难度。

(3)带止口斜结合面。连杆结合面结构种类较多，有平切口和斜切口，还有键槽形、锯齿形和带止口的。该连杆为带止口斜结合面。

精加工基准采用了无间隙定位方法，在产品设计出定位基准面。在连杆杆和总成的加工中，采用杆端面、小头顶面和侧面、大头侧面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜结合面加工工序的连杆盖加工中，采用了以其端面、螺栓两座面、一螺栓座面的侧面的加工定位方法。这种重复定位精度高且稳定可靠的定位、夹紧方法，可使零件变形小，操作方便，能通用于从粗加工到精加工中的各道工序。由于定位基准统一，使各工序中定位点的大小及位置也保持相同。这些都为稳定工艺、保证加工精度提供了良好的条件。

连杆加工的工艺流程

连杆加工的工艺流程是：拉大小头两端面——粗磨大小头两端面→拉连杆大小头侧定位面→拉连杆盖两端面及杆两端面倒角→拉小头两斜面→粗拉螺栓座面，拉配对打字面、去重凸台面及盖定位侧面→粗镗杆身下半圆、倒角及小头孔→粗镗杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角→清洗零件→零件探伤、退磁→精铣螺栓座面及R5圆弧→铣断杆、盖→小头孔两斜端面上倒角→精磨连杆杆身两端面→加工螺栓孔→拉杆、盖结合面及倒角→去配对杆盖毛刺→清洗配对杆盖→检测配对杆盖结合面精度→人工装配→扭紧螺栓→打印杆盖配对标记号→粗镗大头孔及两侧倒角→半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔→检查大头孔及精镗小头衬套底孔精度→压入小头孔衬套→称重去重→精镗大头孔、小头衬套孔→清洗→最终检查→成品防锈。

设计小结

本次设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。它在我们大学四年的大学生活中占有重要的地位，因此，我对本次课程设计非常重视。

我们这次的设计、学习是分阶段进行的，还不能做到全局把握，面面俱到，因而不可避免地会出现一些问题和缺点。通过对本次课程设计过程及老师指点的回顾和总结，可以系统地分析一下整个设计、学习过程中所存在的问题。通过总结，还可以把平时听课时还没有弄懂、弄透的问题加以学习巩固，以获得更多的收获，更好的达到课程设计的预期目的和意义。

此次课程设计对给定的零件图分析并进行CAD绘图，考查了我们对零件图的读图能力以及CAD的使用能力，利用近两个星期的课程设计，加深了对所学知识的理解，有助于今后工作。本次课程设计使我更加熟练的掌握了AUTOCAD的使用方法，并获得了很多以前没有学到的使用技巧。

第五篇：发动机连杆设计说明书

发动机连杆设计说明书

学

院：

机电工程学院

专业年级：

交通班

姓

名：

学

号：

指导教师：

2011

年X月

X日

连杆的设计

1.1

连杆的工作情况、设计要求和材料选用

1、工作情况

连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动。因此，连杆体除有上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动。

2、设计要求

连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，因此，在设计时应首先保证连杆具有在足够的疲劳强度和结构钢度。如果强度不足，就会发生连杆螺栓、大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。

所以设计连杆的一个主要要求是在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度和强度。为此，必须选用高强度的材料；合理的结构形状和尺寸。

3、材料的选择

为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，采用精选含碳量的优质中碳结构钢45模锻，表面喷丸强化处理，提高强度。

1.2

连杆长度的确定

设计连杆时首先要确定连杆大小头孔间的距离，即连杆长度它通常是用连杆比来说明的，通常0.3125，取，则。

1.3

连杆小头的结构设计与强度、刚度计算

1、连杆小头的结构设计

连杆小头主要结构尺寸如图1所示。

为了改善磨损，小头孔中以一定过盈量压入耐磨衬套，衬套大多用耐磨锡青铜铸造，这种衬套的厚度一般为，取，则小头孔直径，小头外径，取。

2、连杆小头的强度校核

以过盈压入连杆小头的衬套，使小头断面承受拉伸压力。若衬套材料的膨胀系数比连杆材料的大，则随工作时温度升高，过盈增大，小头断面中的应力也增大。此外，连杆小头在工作中还承受活塞组惯性力的拉伸和扣除惯性力后气压力的压缩，可见工作载荷具有交变性。上述载荷的联合作用可能使连杆小头及其杆身过渡处产生疲劳破坏，故必须进行疲劳强度计算。

图1

连杆小头主要结果尺寸

（1）衬套过盈配合的预紧力及温度升高引起的应力

计算时把连杆小头和衬套当作两个过盈配合的圆筒，则在两零件的配合表面，由于压入过盈及受热膨胀，小头所受的径向压力为：

（1）

式中：—衬套压入时的过盈，；

一般青铜衬套，取，其中：—工作后小头温升,约；

—连杆材料的线膨胀系数，对于钢；

—衬套材料的线膨胀系数，对于青铜；、—连杆材料与衬套材料的伯桑系数，可取；

—连杆材料的弹性模数，钢[10]；

—衬套材料的弹性模数，青铜；

计算小头承受的径向压力为：

由径向均布力引起小头外侧及内侧纤维上的应力，可按厚壁筒公式计算，外表面应力

（2）

内表面应力

（3）的允许值一般为，校核合格。

（2）连杆小头的疲劳安全系数

连杆小头的应力变化为非对称循环，最小安全系数在杆身到连杆小头的过渡处的外表面上为：

（4）

式中：—材料在对称循环下的拉压疲劳极限，（合金钢），取；

—材料对应力循环不对称的敏感系数，取=0.2；

—应力幅，；

—平均应力，；

—工艺系数，取0.5；

则

连杆小头的疲劳强度的安全系数，一般约在范围之内[4]。

3、连杆小头的刚度计算

当采用浮动式活塞销时，必须计算连杆小头在水平方向由于往复惯性力而引起的直径变形，其经验公式为:

（5）

式中：—连杆小头直径变形量，；

—连杆小头的平均直径，；

—连杆小头断面积的惯性矩，则

对于一般发动机，此变形量的许可值应小于直径方向间隙的一半，标准间隙一般为，则校核合格。

1.4

连杆杆身的结构设计与强度计算

1、连杆杆身结构的设计

连杆杆身从弯曲刚度和锻造工艺性考虑，采用工字形断面，杆身截面宽度约等于(为气缸直径)，取，截面高度，取。

为使连杆从小头到大头传力均匀，在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的圆角半径。

2、连杆杆身的强度校核

连杆杆身在不对称的交变循环载荷下工作，它受到位于计算断面以上做往复运动的质量的惯性力的拉伸，在爆发行程，则受燃气压力和惯性力差值的压缩，为了计算疲劳强度安全系数，必须现求出计算断面的最大拉伸、压缩应力。

（1）最大拉伸应力

由最大拉伸力引起的拉伸应力为：

（6）

式中：—连杆杆身的断面面积，汽油机，为活塞投影面积，取。

则最大拉伸应力为：

（2）杆身的压缩与纵向弯曲应力

杆身承受的压缩力最大值发生在做功行程中最大燃气作用力时，并可认为是在上止点，最大压缩力为：

（7）

连杆承受最大压缩力时，杆身中间断面产生纵向弯曲。此时连杆在摆动平面内的弯曲，可认为连杆两端为铰支，长度为；在垂直摆动平面内的弯曲可认为杆身两端为固定支点，长度为，因此在摆动平面内的合成应力为：

（8）

式中：—系数，对于常用钢材，取；

—计算断面对垂直于摆动平面的轴线的惯性矩。；

将式（8）改为：

（9）

式中

—连杆系数，；

则摆动平面内的合成应力为：

同理，在垂直于摆动平面内的合成应力为：

（10）

将式（10）改成（11）

式中：—连杆系数。

则在垂直于摆动平面内的合成应力为：

和的许用值为，所以校核合格。

（3）连杆杆身的安全系数

连杆杆身所受的是非对称的交变循环载荷，把或看作循环中的最大应力，看作是循环中的最小应力，即可求得杆身的疲劳安全系数。

循环的应力幅和平均应力，在连杆摆动平面为：

（12）

（13）

在垂直摆动平面内为：

（14）

连杆杆身的安全系数为：

（15）

式中：—材料在对称循环下的拉压疲劳极限，（合金钢），取；

—材料对应力循环不对称的敏感系数，取=0.2；

—工艺系数，取0.45。

则在连杆摆动平面内连杆杆身的安全系数为：

在垂直摆动平面内连杆杆身的安全系数为：

杆身安全系数许用值在的范围内，则校核合格。

1.5

连杆大头的结构设计与强度、刚度计算

1、连杆大头的结构设计与主要尺寸

连杆大头的结构与尺寸基本上决定于曲柄销直径、长度、连杆轴瓦厚度和连杆螺栓直径。其中大头宽度，轴瓦厚度，取，大头孔直径。

连杆大头与连杆盖的分开面采用平切口，大头凸台高度，取，取，为了提高连杆大头结构刚度和紧凑性，连杆螺栓孔间距离，取，一般螺栓孔外侧壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。

2、连杆大头的强度校核

假设通过螺栓的紧固连接，把大头与大头盖近似视为一个整体，弹性的大头盖支承在刚性的连杆体上，固定角为，通常取，作用力通过曲柄销作用在大头盖上按余弦规律分布，大头盖的断面假定是不变的，且其大小与中间断面一致，大头的曲率半径为。

连杆盖的最大载荷是在进气冲程开始的，计算得：

作用在危险断面上的弯矩和法向力由经验公式求得：

（16）

由此求得作用于大头盖中间断面的弯矩为：

（17）

作用于大头盖中间断面的法向力为：

（18）

式中：，—大头盖及轴瓦的惯性矩，，—大头盖及轴瓦的断面面积，，在中间断面的应力为：

式中：—大头盖断面的抗弯断面系数，计算连杆大头盖的应力为：

一般发动机连杆大头盖的应力许用值为，则校核合格。

连杆螺栓的设计

2.1

连杆螺栓的工作负荷与预紧力

根据气缸直径初选连杆螺纹直径，根据统计，取。

发动机工作时连杆螺栓受到两种力的作用：预紧力和最大拉伸载荷，预紧力由两部分组成：一是保证连杆轴瓦过盈度所必须具有的预紧力；二是保证发动机工作时，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[15]。

连杆上的螺栓数目为2，则每个螺栓承受的最大拉伸载荷为往复惯性力和旋转惯性力在气缸中心线上的分力之和，即

（19）

轴瓦过盈量所必须具有的预紧力由轴瓦最小应力，由实测统计可得一般为，取30，由于发动机可能超速，也可能发生活塞拉缸，应较理论计算值大些，一般取，取。

2.2

连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算

连杆螺栓预紧力不足不能保证连接的可靠性，但预紧力过大则可能引起材料超出屈服极限，则应校核屈服强度，满足

（20）

式中：—螺栓最小截面积，；

—螺栓的总预紧力，；

—安全系数，取1.7；

—材料的屈服极限，一般在800以上[16]。

那么连杆螺栓的屈服强度为：

则校核合格。

小结

本文在设计连杆的过程中，首先分析了连杆的工作情况，设计要求，并选择了适当的材料，然后分别确定了连杆小头、连杆杆身、连杆大头的主要结构参数，并进行了强度了刚度的校核，使其满足实际加工的要求，最后根据工作负荷和预紧力选择了连杆螺栓，并行检验校核。