为，所以校核合格。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，在连杆摆动平面为在垂直摆动平面内为连杆杆身的安全系数为.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.工艺系数取.。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。连杆大头的结构设计与强度刚度计算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。其中在在曲轴设计中确定，则大头宽度，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，般螺栓孔外侧壁厚不小于毫米，取毫米，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。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.由此求得作用于大头盖中间断面的弯矩为.作用于大头盖中间断面的法向力为.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。连杆上的螺栓数目为，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.轴瓦过盈量所必须具有的预紧力由轴瓦最小应力，由实测统计可得般为，取，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，般取，取。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.式中螺栓最小截面积，螺栓的总预紧力，安全系数取.材料的屈服极限，般在以上。那么连杆螺栓的屈服强度为则校核合格。.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。第章曲轴的设计.曲轴的结构型式和材料的选择曲轴的工作条件和设计要求曲轴是在不断周期性变化的气体压力往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。由于曲轴弯曲与扭转振动而产生附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生的严重的应力集中。特别在曲柄至轴颈的圆角过渡区润滑油孔附近以及加工粗糙的部位应力集中现象尤为突出。所以在设计曲轴时，要使它具有足够的疲劳强度，尽量减小应力集中现象，克服薄弱环节，保证曲轴可靠工作。如果曲轴弯曲刚度不足，就会大大恶化活塞连杆的工作条件，影响它们的工作可靠性和耐磨性，曲轴扭转刚度不足则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动，所以设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。此外，曲轴主轴颈与曲柄销时再高比压下进行高速转动的，因而还会产生强烈的磨损。所以设计曲轴时，要使其各摩擦表面耐磨，各轴颈应具有足够的承压面积同时给予尽可能好的工作条件。曲轴的结构型式曲轴的设计从总体结构上选择整体式，它具有工作可靠质量轻的特点，而且刚度和强度较高，加工表面也比较少。为了提高曲轴的弯曲刚度和强度，采用全支撑半平衡结构，即四个曲拐，每个曲拐的两端都有个主轴颈，如图.所示图.曲轴的结构型式曲轴的材料在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积重量和寿命，作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求高度的耐磨性耐疲劳性和冲击韧性。同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用般材料。以铸代锻，以铁代钢。高强度球墨铸铁的出现为铸造曲轴的广泛采用提供了前提。球墨铸铁就其机械性能和使用性能而言，比其它多种铸铁都要好。球墨铸铁曲轴可以铸成复杂的合理的结构形状，使其应力分布均匀，金属材料更有效地利用，加上球铁材料对断面缺口的敏感性小，使得球铁曲轴的实际弯曲疲劳强度与正火中碳钢相近。该发动机曲轴采用球墨铸铁铸造而成。.曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计曲柄销的直径和长度在考虑曲轴轴颈的粗细时，首先是确定曲柄销的直径。在现代发动机设计中，般趋向于采用较大的值，以降低曲柄销比压，提高连杆轴承工作的可靠性，提高曲轴的刚度。但是，曲柄销加粗伴随着连杆大头加大，使不平衡旋转质量的离心力增大，随曲轴及轴承的工作带来不利，对于汽油机为气缸直径，已知.，则，曲柄销直径取为。曲柄销的长度是在选定的基础上考虑的。从增加曲轴的刚性和保证轴承的工作能力出发，应使控制在定范围内，同时注意曲拐各部分尺寸协调，根据统计，取.。轴颈的尺寸，最后可以根据承压面的投影面积与活塞投影面积之比来校核，此比值据统计在范围内，而且汽油机偏下限。那么由，则长度取值合适。主轴颈的直径和长度为了最大限度地增加曲轴的刚度，适当地加粗主轴颈，这样可以增加曲轴轴颈的重叠度，从而提高曲轴刚度，其次，加粗主轴颈后可以相对缩短其长度，从而给加厚曲柄提高其强度提供可能。从曲轴各部分尺寸协调的观点，建议取，取.。由于主轴承的负荷比连杆轴承轻，主轴颈的长度般比曲柄销的长度短，这样可满足增强刚性及保证良好润滑的要求。据统计，取。曲柄曲柄应选择适当的厚度宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。为提高曲柄的抗弯能力，适当增加曲柄的厚度，曲柄的形状采用椭圆形，为了能最大限度地减轻曲轴的重量，并减小曲柄相对于主轴颈中心的不平衡旋转质量，将曲柄上肩部多余的金属削去。根据统计，曲柄的宽度，取，厚度，取。曲柄臂以凸肩接主轴颈和曲柄销。凸肩的厚度根据曲轴加工工艺决定。全加工曲轴的只有.，取。曲柄销和主轴颈至曲柄臂凸肩的过渡圆角对应力集中程度影响最大，加大圆角半径可使圆角应力峰值降低，故宜取大，至少不能小于.或.，取。平衡重对四拐曲轴来说，作用在第拐和第拐上的离心惯性力互成力偶。这两个力偶大小相等方向相反，所以从整体上讲是平衡的，但是这两个力偶却还是作用在曲袖上了，曲轴这两个对称力偶的作用下可能发生弯曲变形。由于曲轴是安装在机体的主轴承中的，所以曲轴发生弯曲变形时上述力偶就将也部分地作用在机体上，使机体承受附加弯曲力偶的作用，尤其是在此情况下主轴承的工作条件也要变坏。安装平衡重，改善曲轴本身和机体的受力情况，尤其改善了主轴承的工作条件。设计时，平衡重对主轴承工作情况的影响是利用主轴颈载荷图来进行估算的。没有平衡重时，由于离心惯性力的影响，主轴捷达汽车曲柄连杆机构设计摘要不变，即。其中，连杆长度，为连杆重心至小头中心的距离。由条件可得下列换算公式用平衡力系求合力的索多边形法求出重心位置。将连杆分成若干简单的几何图形，分别计算出各段连杆重量和它的重心位置，再按照索多边形作图法，求出整个连杆的重心位置以及折算到连杆大小头中心的重量和，如图.所示图.索多边形法往复直线运动部分的质量活塞包括活塞上的零件是沿气缸中心做往复直线运动的。它们的质量可以看作是集中在活塞销中心上，并以表示。质量与换算到连杆小头中心的质量之和，称为往复运动质量，即。不平衡回转质量曲拐的不平衡质量及其代换质量如图.所示图.曲拐的不平衡质量及其代换质量曲拐在绕轴线旋转时，曲柄销和部分曲柄臂的质量将产生不平衡离心惯性力，称为曲拐的不平衡质量。为了便于计算，所有这些质量都按离心力相等的条件，换算到回转半径为的连杆轴颈中心处，以表示，换算质量为式中曲拐换算质量，连杆轴颈的质量，个曲柄臂的质量，曲柄臂质心位置与曲拐中心的距离，。质量与换算到大头中心的连杆质量之和称为不平衡回转质量，即由上述换算方法计算得往复直线运动部分的质量.，不平衡回转质量.。曲柄连杆机构的惯性力把曲柄连杆机构运动件的质量简化为二质量和后，这些质量的惯性力可以从运动条件求出，归结为两个力。往复质量的往复惯性力和旋转质量的旋转惯性力。往复惯性力.式中往复运动质量，连杆比曲柄半径，曲柄旋转角速度，曲轴转角。是沿气缸中心线方向作用的，公式.前的负号表示方向与活塞加速度的方向相反。其中曲柄的角速度为.式中曲轴转数，已知额定转数，则曲柄半径.，连杆比，取.，参照附录表四缸机工作循环表，将每工况的曲轴转角代入式.，计算得往复惯性力，结果如表.所示表.往复惯性力计算结果四个冲程进气终点.压缩终点.膨胀终点.排气终点.旋转惯性力.作用在活塞上的总作用力由前述可知，在活塞销中心处，同时作用着气体作用力和往复惯性力，由于作用力的方向都沿着中心线，故只需代数相加，即可求得合力.计算结果如表.所示。活塞上的总作用力分解与传递如图.所示，首先，将分解成两个分力沿连杆轴线作用的力，和把活塞压向气缸壁的侧向力，其中沿连杆的作用力为.而侧向力为.表.作用在活塞上的总作用力四个冲程气压力往复惯性力总作用力进气终点.压缩终点膨胀终点.排气终点图.作用在机构上的力和力矩连杆作用力的方向规定如下使连杆受压时为正号，使连杆受拉时为负号，缸壁的侧向力的符号规定为当侧向力所形成的反扭矩与曲轴旋转方向相反时，侧向力为正值，反之为负值。当时，根据正弦定理，可得求得将分别代入式.式.，计算结果如表.所示表.连杆力侧向力的计算结果四个冲程连杆力侧向力进气终点压缩终点膨胀终点排气终点力通过连杆作用在曲轴的曲柄臂上，此力也分解成两个力，即推动曲轴旋转的切向力，即.和压缩曲柄臂的径向力，即.规定力和曲轴旋转方向致为正，力指向曲轴为正。求得切向力径向力见如表.所示表.切向力径向力的计算结果四个冲程切向力径向力进气终点压缩终点膨胀终点排气终点.