发布时间 : 星期一 文章连杆工艺设计及有限元分析更新完毕开始阅读3a8c17c751e79b896902265d
第一章 绪 论
1.1课题研究的意义
随着科学技术的发展，我们的生活越来越便捷。例如普遍的汽车，汽车发动机有五大件：缸体、曲轴、连杆、凸轮轴、缸盖。在今天，汽车工业的高速发展，“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求。作为高速运动件，重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声，强度、刚度要高，并具有较高的韧性，连杆比要大，连杆要短。连杆是发动机内部的重要零件，连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。所以，连杆除上下运动外，还左右摆动作复杂的平面运动。连杆工作时，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度。同时，由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计、热处理及表面强化等因素来确保连杆的可靠性。连杆在机器中应用之广以及它在机器中的作用和地位不言而喻。因此，本课题所研究的连杆加工工艺是非常有意义的。
1.2国内外现状
汽车发动机连杆是一套曲柄连杆机构。而曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。
曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。 （1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳
（2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆
5
（3）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴
高强度，轻量化，低成本是汽车发动机连杆的用材料的发展趋势，我国发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，但连杆轻量化方面还是相当落后。为保证连杆的疲劳强度，要求连杆的材料要具有良好的综合力学性能及工艺性能，以往连杆材料几乎普遍采用碳素调制钢和冶金调制钢，20世纪70年代由于石油危机为节省资源，欧美和日本开始大量应用非调制钢，并取得很大进展。
随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能越来越高，而连杆强度刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大汽车公司对发动机连杆用材料和制造技术的研究都非常重视。在满足性能指标的前提下，连杆的材料和制造技术关联很大，非调制钢的应用就是考虑节省调制工序。近年来，采取裂解连杆体和连杆盖分界面的技术可以大幅减少机械加工工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调制钢和粉末冶金锻件以满足工艺要求。
目前连杆的主要用料有以下几种：碳素钢合金钢，非调制钢，粉末冶金连杆，钛合金连杆。
我国各大汽车集团的主机厂发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，不论从锻件的强度表面强化技术，还是尺寸精度及产品稳定性方面，都接近国外发达国家水平。国内虽然近年来技术有所提升，但还存在一些问题，锻件成型及空冷技术的落后，产品性能不稳定。
在连杆轻量化方面，我国还相当落后，钛合金连杆，纤维强化铝合金连杆，粉末冶金锻造连杆的研究还没有展开，是今后要开展的课题。
1.3论文的章节安排
根据论文选题的要求，作者在近三个月的论文阶段，基于PRO/E，AutoCad软件平台，在导师的认真指导下完成了大量的工作，对计算机辅助数控加工进行 了深入的研究，在此基础上并对连接板凹模进行仿真模拟加工。这些内容在论文中都得到了充分的反映，论文内容的章节安排如下： 第一章 绪论 课题研究的意义和国内外的现状 第二章 连杆的工艺编制 连杆的结构 分析工艺过程
第三章 连杆受载荷情况下的有限元分析 有限元分析过程和结果
6
第四章 总结与展望
7
第二章 连杆的工艺编制
2.1 连杆的结构分析
2.1.1连杆的作用
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一， 它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力，因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机 工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。
2.1.2 连杆的结构特点
连杆由连杆体 及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底， 底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜 衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。 2.1.3 连杆的工艺分析
各类连杆主要技术要求基于类似，仅在数值上略有差别。
8