内燃机构造课程设计说明书、包括连杆、曲柄、活塞

1、目 录第1章 绪论 4 1.1题目分析4 1.2设计研究的主要内容4第2章 连杆组的设计 152.1连杆的工作情况、设计要求和材料选用152.2连杆长度的确定162.3连杆小头的设计162.4连杆杆身的设计172.5连杆大头的设计172.6连杆强度计算182.7连杆螺栓设计252.8本章小结27总结43参考文献44致谢45第1章 绪论1.1 题目分析曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。在多种周

2、期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题。通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时的，高精度的动力学响应分析与计算，因此本

3、研究所采用的高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具有重要意义，而且可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，对进一步研究发动机的平衡与振动、发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。本次设计柴油机型号为TOYOTA汽油机，基本参数为：1.2 设计研究的主要内容对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析进行深入研究，其主要的研究内容有：（1）对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析，分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零部件进行强度、刚度等方面的计算和校核，以便达到设计要求；（2）分析曲柄连杆机构中主要零部件如活塞，曲轴，连杆等的

4、工作条件和设计要求，进行合理选材，确定出主要的结构尺寸，并进行相应的尺寸检验校核，以符合零件实际加工的要求。第2章 连杆组的设计2.1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 （1）结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用。（2）在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能减轻重量，以降低惯性力。（3）尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量。（4）大小头轴承工作可靠，耐磨性好。（5）连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠。（6）易于制造，成本低。 连杆

5、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，同样，如果连杆组刚度不足，也会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响。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。2.2连杆长度的确定连杆长度与结构参数（R为曲柄半径）有关，此次设计选取。2.3连杆小头的设计小头主要尺寸为

6、连杆衬套内径和小头宽度。1.连杆衬套内径2.衬套厚度3. 小头内径4.小头宽度5.小头外径2.4连杆杆身的设计连杆杆身从弯曲刚度和锻造工艺性考虑，采用工字形截面。1.杆身截面高度2.杆身截面宽度3. 杆身截面中间宽度为使连杆从小头到大头传力比较均匀，在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的圆角半径。2.5连杆大头的设计用连杆定位带定位，以防止连杆体和连杆盖安装时错位，多用于平切口连杆。1. 大头孔直径2. 大头宽度3. 连杆轴瓦厚度4. 连杆螺栓直径 5. 连杆螺栓孔中心距螺栓孔外侧壁厚不小于2毫米，取2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。6. 大头高度定位方式用连杆定位带定

7、位，以防止连杆体和连杆盖安装时错位，多用于平切口连杆。2.6连杆强度计算1. 连杆小头计算（1） 由衬套过盈配合和受热膨胀产生的应力衬套最大装配过盈量衬套温度过盈量式中为连杆材料线膨胀系数，对于钢 为衬套材料线膨胀系数，对于青铜由总过盈量产生的径向均布压力式中为连杆材料的弹性模量，对于钢 为衬套材料的弹性模量，对于青铜 为泊桑比，小头外表面由引起的应力（2） 由惯性力拉伸引起的小头应力活塞组的最大惯性力式中为活塞组重量 为角速度固定角小头平均半径小头中心截面（）上的弯矩小头中心截面（）上的法向力小头固定截面（）上的弯矩查表可知小头固定截面（）上的法向力小头壁厚小头截面积衬套截面积系数小头受拉时

8、固定截面处外表面应力（3） 由最大压缩力引起的应力小头承受的最大压缩力辅助参数查表可得 小头受压时中央截面上的弯矩和法向力小头固定截面处（）的值查表得 小头受压时固定截面处（）的弯矩和法向力小头受压时固定截面处外表面应力（4） 小头安全系数材料的机械性能查表可得 45钢角系数在固定角截面的外表面处应力幅平均应力小头安全系数小头安全系数应不小于1.5，所以满足要求（5） 小头横向直径减小量小头平均直径小头截面的惯性矩横向直径减小量为保证活塞销和连杆衬套不致咬死，应使，实际计算结果，所以满足要求。2. 连杆杆身计算（1）杆身中间截面处最大拉伸力和最大压缩力式中分别为活塞组重量和位于计算截面以上那一

9、部分连杆重量。（2） 杆身中间截面处的应力和安全系数由最大拉伸力引起的拉伸应力式中为杆身中间截面积，计算约为：杆身中间截面的惯性矩由最大压缩力引起的合成应力式中为系数，对于各种钢材 杆身中间截面在摆动平面内的应力幅和平均应力在垂直于摆动平面内的应力幅和平均应力在摆动平面和垂直于摆动平面内的安全系数安全系数满足要求。3. 连杆大头计算大头盖所受惯性力根据大头盖截面计算重心坐标大头盖截面的惯性矩大头盖计算截面的抗弯断面模数轴瓦计算截面的惯性矩大头盖中央截面上的应力大头盖横向直径减小值经轴承选择，值小于轴承间隙的一半，所以满足要求。2.7连杆螺栓设计1. 连杆螺栓的结构尺寸和材料选择根据气缸直径初选

10、连杆螺纹直径根据选择螺栓，螺母，垫片标准件如下：螺栓 GB/T 5782 M8x60螺母 GB/T 6170 M8垫片 GB/T 848 8螺栓与螺母材料均采用40。2.螺栓装配预紧力和屈服强度校核（1）装配预紧力每个螺栓由惯性力引起的工作负荷式中为斜切口大头的切口角。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。（2） 材料屈服强度校核确定后，校核螺栓材料是否屈服，应满足：式中为螺栓最小截面积，经计算 为材料的屈服极限，一般 为安全系数，一般为于是经计算 得，所以满足要求。2.8本章小结本章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。参考文献1袁兆成内燃机设计（第二版）北京：