第一篇：發(fā)動機連桿輕量化設(shè)計解析

發(fā)動機連桿輕量化設(shè)計

0 引 言

連桿是發(fā)動機中傳遞動力的重要零件。它將活塞的往復運動變?yōu)閰^(qū)軸的旋轉(zhuǎn)運動并把作用在活塞組上的力傳給曲軸。連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。因此在設(shè)計連桿時應(yīng)首先保證其具有足夠的疲勞強度和結(jié)構(gòu)剛度。顯然為了增加連桿的強度和剛度不能簡單地加大結(jié)構(gòu)尺寸因為連桿重量的增加會使慣性力相應(yīng)增加所以連桿設(shè)計的一個重要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的強度和剛度即連桿輕量化設(shè)計是最終設(shè)計目標。

為了優(yōu)化設(shè)計某發(fā)動機連桿減輕連桿重量選用朝柴發(fā)動機連桿作為評判的參考樣品。分析某連桿發(fā)動機連桿現(xiàn)生產(chǎn)方案及其3 種改進設(shè)計方案以連桿疲勞安全系數(shù)為量的指標從3種改進設(shè)計方案中選出滿足強度和剛度設(shè)計要求的重量最輕的方案為最終優(yōu)化設(shè)計方案。1 有限元模型的建立

1.1 網(wǎng)格劃分

發(fā)動機連桿是由連桿體連桿蓋連桿軸瓦和連桿螺栓等零件組成連桿螺栓以巨大的預緊力5104 N 把連桿體和連桿蓋連接在一起連桿軸瓦主要起耐磨作用因此進行有限元分析時不考慮連桿軸瓦和連桿螺栓而代之以連接預緊力作用于連桿體和連桿蓋上連桿體和連桿蓋接觸面考慮接觸和摩擦力。由于連桿結(jié)構(gòu)和載荷的對稱性。在建模型時僅取其一半結(jié)構(gòu)進行有限元模型化。連桿的有限元模型采用四面體單元。

本文CAE分析前后處理軟件為Altair/Hyper Mesh V7.0 分析軟件為MSC Nastran 2001 各方案有限元模型規(guī)模見表1，有限元分析模型見圖1。

圖 1 有限元模型和連桿邊界條件示意圖

1.2 連桿有限元模型受力和約束

連桿總成的往復和旋轉(zhuǎn)慣性力:

活塞組的往復慣性力：

拉伸工況下連桿大頭載荷：

拉伸工況下連桿小頭載荷：

活塞最大爆發(fā)壓力載荷：

壓縮工況下連桿大頭受壓力：

壓縮工況下連桿小頭受壓力：

拉伸工況下沿連桿小頭方向施加連桿總成的往復和旋轉(zhuǎn)慣性力：

壓縮工況下沿連桿小頭方向施加連桿總成的往復和旋轉(zhuǎn)慣性力：

第二篇：發(fā)動機連桿設(shè)計說明書

發(fā)動機連桿設(shè)計說明書

學

院：

機電工程學院

專業(yè)年級：

交通班

姓

名：

學

號：

指導教師：

2011

年X月

X日

連桿的設(shè)計

1.1

連桿的工作情況、設(shè)計要求和材料選用

1、工作情況

連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。因此，連桿體除有上下運動外，還左右擺動，做復雜的平面運動。

2、設(shè)計要求

連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設(shè)計時應(yīng)首先保證連桿具有在足夠的疲勞強度和結(jié)構(gòu)鋼度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故。

所以設(shè)計連桿的一個主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。

3、材料的選擇

為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強化處理，提高強度。

1.2

連桿長度的確定

設(shè)計連桿時首先要確定連桿大小頭孔間的距離，即連桿長度它通常是用連桿比來說明的，通常0.3125，取，則。

1.3

連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度、剛度計算

1、連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

連桿小頭主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

為了改善磨損，小頭孔中以一定過盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為，取，則小頭孔直徑，小頭外徑，取。

2、連桿小頭的強度校核

以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。上述載荷的聯(lián)合作用可能使連桿小頭及其桿身過渡處產(chǎn)生疲勞破壞，故必須進行疲勞強度計算。

圖1

連桿小頭主要結(jié)果尺寸

（1）襯套過盈配合的預緊力及溫度升高引起的應(yīng)力

計算時把連桿小頭和襯套當作兩個過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為：

（1）

式中：—襯套壓入時的過盈，；

一般青銅襯套，取，其中：—工作后小頭溫升,約；

—連桿材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼；

—襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅；、—連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可??；

—連桿材料的彈性模數(shù)，鋼[10]；

—襯套材料的彈性模數(shù)，青銅；

計算小頭承受的徑向壓力為：

由徑向均布力引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應(yīng)力，可按厚壁筒公式計算，外表面應(yīng)力

（2）

內(nèi)表面應(yīng)力

（3）的允許值一般為，校核合格。

（2）連桿小頭的疲勞安全系數(shù)

連桿小頭的應(yīng)力變化為非對稱循環(huán)，最小安全系數(shù)在桿身到連桿小頭的過渡處的外表面上為：

（4）

式中：—材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），??；

—材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2；

—應(yīng)力幅，；

—平均應(yīng)力，；

—工藝系數(shù)，取0.5；

則

連桿小頭的疲勞強度的安全系數(shù)，一般約在范圍之內(nèi)[4]。

3、連桿小頭的剛度計算

當采用浮動式活塞銷時，必須計算連桿小頭在水平方向由于往復慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗公式為:

（5）

式中：—連桿小頭直徑變形量，；

—連桿小頭的平均直徑，；

—連桿小頭斷面積的慣性矩，則

對于一般發(fā)動機，此變形量的許可值應(yīng)小于直徑方向間隙的一半，標準間隙一般為，則校核合格。

1.4

連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算

1、連桿桿身結(jié)構(gòu)的設(shè)計

連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度約等于(為氣缸直徑)，取，截面高度，取。

為使連桿從小頭到大頭傳力均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。

2、連桿桿身的強度校核

連桿桿身在不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計算斷面以上做往復運動的質(zhì)量的慣性力的拉伸，在爆發(fā)行程，則受燃氣壓力和慣性力差值的壓縮，為了計算疲勞強度安全系數(shù)，必須現(xiàn)求出計算斷面的最大拉伸、壓縮應(yīng)力。

（1）最大拉伸應(yīng)力

由最大拉伸力引起的拉伸應(yīng)力為：

（6）

式中：—連桿桿身的斷面面積，汽油機，為活塞投影面積，取。

則最大拉伸應(yīng)力為：

（2）桿身的壓縮與縱向彎曲應(yīng)力

桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃氣作用力時，并可認為是在上止點，最大壓縮力為：

（7）

連桿承受最大壓縮力時，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。此時連桿在擺動平面內(nèi)的彎曲，可認為連桿兩端為鉸支，長度為；在垂直擺動平面內(nèi)的彎曲可認為桿身兩端為固定支點，長度為，因此在擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為：

（8）

式中：—系數(shù)，對于常用鋼材，?。?/p>

—計算斷面對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩。；

將式（8）改為：

（9）

式中

—連桿系數(shù)，；

則擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為：

同理，在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為：

（10）

將式（10）改成（11）

式中：—連桿系數(shù)。

則在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為：

和的許用值為，所以校核合格。

（3）連桿桿身的安全系數(shù)

連桿桿身所受的是非對稱的交變循環(huán)載荷，把或看作循環(huán)中的最大應(yīng)力，看作是循環(huán)中的最小應(yīng)力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。

循環(huán)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，在連桿擺動平面為：

（12）

（13）

在垂直擺動平面內(nèi)為：

（14）

連桿桿身的安全系數(shù)為：

（15）

式中：—材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），??；

—材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2；

—工藝系數(shù)，取0.45。

則在連桿擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：

在垂直擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：

桿身安全系數(shù)許用值在的范圍內(nèi)，則校核合格。

1.5

連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度、剛度計算

1、連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與主要尺寸

連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑、長度、連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。其中大頭寬度，軸瓦厚度，取，大頭孔直徑。

連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺高度，取，取，為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離，取，一般螺栓孔外側(cè)壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。

2、連桿大頭的強度校核

假設(shè)通過螺栓的緊固連接，把大頭與大頭蓋近似視為一個整體，彈性的大頭蓋支承在剛性的連桿體上，固定角為，通常取，作用力通過曲柄銷作用在大頭蓋上按余弦規(guī)律分布，大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面一致，大頭的曲率半徑為。

連桿蓋的最大載荷是在進氣沖程開始的，計算得：

作用在危險斷面上的彎矩和法向力由經(jīng)驗公式求得：

（16）

由此求得作用于大頭蓋中間斷面的彎矩為：

（17）

作用于大頭蓋中間斷面的法向力為：

（18）

式中：，—大頭蓋及軸瓦的慣性矩，，—大頭蓋及軸瓦的斷面面積，，在中間斷面的應(yīng)力為：

式中：—大頭蓋斷面的抗彎斷面系數(shù)，計算連桿大頭蓋的應(yīng)力為：

一般發(fā)動機連桿大頭蓋的應(yīng)力許用值為，則校核合格。

連桿螺栓的設(shè)計

2.1

連桿螺栓的工作負荷與預緊力

根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計，取。

發(fā)動機工作時連桿螺栓受到兩種力的作用：預緊力和最大拉伸載荷，預緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過盈度所必須具有的預緊力；二是保證發(fā)動機工作時，連桿大頭與大頭蓋之間的結(jié)合面不致因慣性力而分開所必須具有的預緊力[15]。

連桿上的螺栓數(shù)目為2，則每個螺栓承受的最大拉伸載荷為往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力在氣缸中心線上的分力之和，即

（19）

軸瓦過盈量所必須具有的預緊力由軸瓦最小應(yīng)力，由實測統(tǒng)計可得一般為，取30，由于發(fā)動機可能超速，也可能發(fā)生活塞拉缸，應(yīng)較理論計算值大些，一般取，取。

2.2

連桿螺栓的屈服強度校核和疲勞計算

連桿螺栓預緊力不足不能保證連接的可靠性，但預緊力過大則可能引起材料超出屈服極限，則應(yīng)校核屈服強度，滿足

（20）

式中：—螺栓最小截面積，；

—螺栓的總預緊力，；

—安全系數(shù)，取1.7；

—材料的屈服極限，一般在800以上[16]。

那么連桿螺栓的屈服強度為：

則校核合格。

小結(jié)

本文在設(shè)計連桿的過程中，首先分析了連桿的工作情況，設(shè)計要求，并選擇了適當?shù)牟牧?，然后分別確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并進行了強度了剛度的校核，使其滿足實際加工的要求，最后根據(jù)工作負荷和預緊力選擇了連桿螺栓，并行檢驗校核。

第三篇：有關(guān)發(fā)動機曲軸連桿實習報告（共）

有關(guān)發(fā)動機曲軸連桿實習報告

在當下這個社會中，報告對我們來說并不陌生，我們在寫報告的時候要注意邏輯的合理性。我們應(yīng)當如何寫報告呢？下面是小編為大家收集的有關(guān)發(fā)動機曲軸連桿實習報告，僅供參考，歡迎大家閱讀。

一、實訓項目：

曲軸飛輪組的拆裝

二、主要內(nèi)容及目的

（1）熟練曲軸飛輪組的裝配關(guān)系和運動情況

（2）掌握曲軸飛輪組的拆裝方法、步驟。

四、實訓與考核器材

（1）5A發(fā)動機1臺。

（2）常用工量具1套，專用工具1套，機油少許。

五、操作步驟及工作要點

1、曲軸飛輪組的拆卸

（1）將汽缸體倒置在工作臺上，旋松飛輪緊固螺釘，拆卸飛輪（飛輪較重，拆卸時注意安全）。

（2）拆卸正時鏈輪，首先松開張緊輪，取下鏈輪時注意鏈輪上的正時標志和傳動方向。

（3）拆卸曲軸前端及后端密封凸緣及油封。

（4）拆下曲軸主軸承蓋緊固螺栓，不能一次全部擰松，必須分次從兩端到中間逐步擰松，取下主軸承蓋。注意：各缸主軸承蓋有裝配標記，不同缸的主軸承蓋及軸瓦不能互相調(diào)換。

（5）抬下曲軸，再將主軸承蓋及墊片按原位裝回，并將固定螺釘擰入少許。注意曲軸推力軸承的定位及開口的安裝方向。

2、曲軸飛輪組的裝配

①安裝前應(yīng)全面清洗發(fā)動機零部件，尤其是相互配合的運動件表面應(yīng)保持清潔，并涂抹潤滑油。

②安裝順序一般與拆卸順序相反，由內(nèi)向外進行。

③各配對的.零部件不能互相調(diào)換，安裝方向也應(yīng)該正確。各零部件相對裝配關(guān)系應(yīng)保持正確。

④各緊固螺釘應(yīng)按規(guī)定力矩和方法擰緊。

（5）檢驗曲軸的軸向間隙。檢驗時，先用撬棍將曲軸撬擠向一端，再用厚薄規(guī)在止推軸承處測量曲柄與止推墊片之間的間隙。新裝配時間隙值為0.07~0.17mm，磨損極限為0.25mm。如曲軸軸向間隙過大，應(yīng)更換止推軸承。

六、注意事項

（1）拆卸曲軸主軸承蓋時，注意拆卸順序兩端向中間，裝時中間向兩端。分兩兩到三次擰緊，力矩為65N/M。

（2）各缸主軸承蓋有裝配標記，不同缸的主軸承蓋及軸瓦不能互相調(diào)換。

（3）安裝飛輪時，齒圈上的標記與l缸連桿軸頸在同一個方向上。

（4）注意曲軸與飛輪的相對位置。

第四篇：連桿設(shè)計說明書

連桿設(shè)計說明書

課程設(shè)計要求：

1.了解活塞、連桿、曲軸的設(shè)計基準、工藝基準、和加工基準。2.正確的表達零件的形狀，合理布置試圖。3.正確理解和標注尺寸公差和形位公差。4.能讀懂圖樣上的技術(shù)要求。5.正確編寫課程設(shè)計說明書。

6.熟練掌握AutoCAD繪制工程圖紙。連桿的作用

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，并使活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。連桿由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成，連桿體與連桿蓋分為連桿小頭、桿身和連桿大頭。連桿小頭用來安裝活塞銷，以連接活塞。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。一般做成分開式，與桿身切開的一半稱為連桿蓋，二者靠連桿螺栓連接為一體。連桿軸瓦安裝在連桿大頭孔座中，與曲軸上的連桿軸頸裝和在一起，是發(fā)動機中最重要的配合副之一。常用的減磨合金主要有白合金、銅鉛合金和鋁基合金。

連桿機構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運動和力的桿件。例如在往復活塞式動力機械和壓縮機中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接。連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Ｃr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。

連桿組

連桿組包括連桿體、連桿蓋、小頭襯套、連桿瓦、連桿螺栓、連桿螺母等。在三維造型時，可以將連桿體、蓋、螺栓等作為一體，因小頭襯套材料為銅鉛合金，可以分開造型，然后組裝成一體進行分析。

一般認為連桿小頭隨活塞組作往復運動，連桿大頭作隨曲拐作旋轉(zhuǎn)運動，連桿桿身作復雜的平面運動。

將連桿組件的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成集中于活塞銷中心的往復質(zhì)量m1和集中于曲柄銷的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量m2。根據(jù)力學原理：質(zhì)量轉(zhuǎn)換必須滿足下列3個條件： ① 質(zhì)量不變：簡化前后的質(zhì)量不變； ② 質(zhì)心位置不變：系統(tǒng)質(zhì)心與連桿組質(zhì)心重合。

③ 系統(tǒng)對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變：簡化的質(zhì)量對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量之和應(yīng)等于原來的轉(zhuǎn)動慣量； 連桿的受力

連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。

連桿螺栓

連桿螺栓是連接連桿大端與軸承座的至關(guān)重要的連接螺栓。連桿螺栓的受力：

二沖程柴油機的連桿螺栓：預緊力。

四沖程柴油機的連桿螺栓：預緊力，慣性力拉伸，大端變形產(chǎn)生附加彎矩； 材料：選用韌性好，強度高的優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼；

結(jié)構(gòu)：耐疲勞的柔性結(jié)構(gòu)(增加螺栓長度，減小螺栓桿部直徑以增加螺栓柔 度)；精細加工螺栓螺紋；斷面變化處及螺紋處采用大圓角過渡；保證螺 栓 頭與螺母支承平面與螺紋中心線垂直。

連桿螺栓的類型：用螺帽連接與不用螺帽連接兩類。

連桿螺栓的安裝：必須嚴格按照說明書規(guī)定（安裝預緊力的大小、預緊方法、預緊次序等）。

連桿損壞形式

連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Ｃr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼，但現(xiàn)在國外所廣泛采用的先進連桿裂解（conrod fracture splitting）的加工技術(shù)要求其脆性較大，硬度更高，因此，德國汽車企業(yè)生產(chǎn)的新型連桿材料多為C70S6高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、SPLITASCO系列鍛鋼、frACTIM鍛鋼和S53CV-FS鍛鋼等(以上均為德國din標準)。合金鋼雖具有很高強度，但對應(yīng)力集中很敏感。所以，在連桿外形、過渡圓角等方面需嚴格要求，還應(yīng)注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應(yīng)用并不能達到預期果。

對連桿的要求：

①連桿應(yīng)耐疲勞、抗沖擊，具有足夠的強度和剛度。②連桿長度應(yīng)盡量短，以降低發(fā)動機的高度和總重量。

③要求連桿軸承工可靠壽命長重量加工容易拆裝維修方便。

連桿的工藝特點

(1)連桿體和蓋厚度不一樣，改善了加工工藝性。連桿蓋厚度為31mm，比連桿桿厚度單邊小3.8mm，蓋兩端面精度產(chǎn)品要求不高，可一次加工而成。由于加工面小，冷卻條件好，使加工振動和磨削燒傷不易產(chǎn)生。連桿桿和蓋裝配后不存在端面不一致的問題，故連桿兩端面的精磨不需要在裝配后進行，可在螺栓孔加工之前。螺栓孔、軸瓦對端面的位置精度可由加工精度直接保證，而不會受精磨加工精度的影響。

(2)連桿小頭兩端面由斜面和一段窄平面組成。這種楔形結(jié)構(gòu)的設(shè)計可增大其承壓面積，以提高活塞的強度和剛性。在加工方面，與一般連桿相比，增加了斜面加工和小頭孔兩斜面上倒角工序；用提高零件定位及壓頭導向精度來避免襯套壓偏現(xiàn)象的發(fā)生，但卻增加了壓襯套工序加工的難度。

(3)帶止口斜結(jié)合面。連桿結(jié)合面結(jié)構(gòu)種類較多，有平切口和斜切口，還有鍵槽形、鋸齒形和帶止口的。該連桿為帶止口斜結(jié)合面。

精加工基準采用了無間隙定位方法，在產(chǎn)品設(shè)計出定位基準面。在連桿桿和總成的加工中，采用桿端面、小頭頂面和側(cè)面、大頭側(cè)面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜結(jié)合面加工工序的連桿蓋加工中，采用了以其端面、螺栓兩座面、一螺栓座面的側(cè)面的加工定位方法。這種重復定位精度高且穩(wěn)定可靠的定位、夾緊方法，可使零件變形小，操作方便，能通用于從粗加工到精加工中的各道工序。由于定位基準統(tǒng)一，使各工序中定位點的大小及位置也保持相同。這些都為穩(wěn)定工藝、保證加工精度提供了良好的條件。

連桿加工的工藝流程

連桿加工的工藝流程是：拉大小頭兩端面——粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對打字面、去重凸臺面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→零件探傷、退磁→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→精磨連桿桿身兩端面→加工螺栓孔→拉桿、蓋結(jié)合面及倒角→去配對桿蓋毛刺→清洗配對桿蓋→檢測配對桿蓋結(jié)合面精度→人工裝配→扭緊螺栓→打印桿蓋配對標記號→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。

設(shè)計小結(jié)

本次設(shè)計是我們學完了大學的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。它在我們大學四年的大學生活中占有重要的地位，因此，我對本次課程設(shè)計非常重視。

我們這次的設(shè)計、學習是分階段進行的，還不能做到全局把握，面面俱到，因而不可避免地會出現(xiàn)一些問題和缺點。通過對本次課程設(shè)計過程及老師指點的回顧和總結(jié)，可以系統(tǒng)地分析一下整個設(shè)計、學習過程中所存在的問題。通過總結(jié)，還可以把平時聽課時還沒有弄懂、弄透的問題加以學習鞏固，以獲得更多的收獲，更好的達到課程設(shè)計的預期目的和意義。

此次課程設(shè)計對給定的零件圖分析并進行CAD繪圖，考查了我們對零件圖的讀圖能力以及CAD的使用能力，利用近兩個星期的課程設(shè)計，加深了對所學知識的理解，有助于今后工作。本次課程設(shè)計使我更加熟練的掌握了AUTOCAD的使用方法，并獲得了很多以前沒有學到的使用技巧。

第五篇：輕量化設(shè)計

受到能源和環(huán)境保護的壓力，世界汽車工業(yè)很早就開始了輕量化的研究雖然應(yīng)用輕金屬?，F(xiàn)代復合材料是現(xiàn)代車輛輕量化研究的熱點之一 但是這些新材料應(yīng)用在主要承載部件上的成本較高。因此在短時間內(nèi)很難普及另一方面，車輛的傳統(tǒng)材料鋼材，由于其強度高 成本低、工藝成熟，并且是最適于回收循環(huán)利用的材料。因此利用鋼材實現(xiàn)輕量化的可能性備受關(guān)注。

1994年,國際鋼鐵協(xié)會成立了由來自全世界18個國家的35個鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)組成的ULSAB項目組。其目的是在保持性能和不提高成本的同時，有效降低鋼制車身的質(zhì)量。ULSAB項目于1998年5月完成，其成果是顯著的 ULSAB試制的車身總質(zhì)量比對比車的平均值降低25%，同時扭轉(zhuǎn)剛度提高80%，彎曲剛度提高52%，一階模態(tài)頻率提高58%，滿足碰撞安全性要求，同時成本比對比車身造價降低15%。

從1997年5月啟動的ULSAC、ULSAS和1999年1月啟動的ULSAB_AVC為ULSAB的后續(xù)項目也在輕量化研究上取得很大成績。

除了以上提到的國際上著名的四個輕量化項目外，全世界范圍內(nèi)對基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的輕量化技術(shù)也進行了大量的研究。韓國漢陽大學J.K.Shin、K.H.Lee、S.I.Song和G.J.Park應(yīng)用ULSAB的設(shè)計理念和組合鋼板的工藝，對轎車前車門內(nèi)板進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，成功地使前車門內(nèi)板的質(zhì)量減重8.72%。此技術(shù)己在韓國一家汽車企業(yè)中得到應(yīng)用。

通用汽車公司的R.R.MAYER 密西根大學的N.KIKUCHI和R.A.SCOTT應(yīng)用拓撲優(yōu)化技術(shù)以碰撞過程中最大吸收能量為目標對零件進行優(yōu)化設(shè)計，此技術(shù)已應(yīng)用到一款轎車的后圍結(jié)構(gòu)上。

瑞典Linkoping University的P.O.Marklund和L.Nilsson從碰撞安全性角度對轎車B柱進行了減重研究，研究以B柱變形過程中的最大速度為約束變量。以B柱各段的厚度為優(yōu)化變量，以質(zhì)量為優(yōu)化目標，實現(xiàn)在不降低安全性能的條件下減重25%。

美國航天航空局蘭利研究中心的J.Sobieszczanski Sobieski和SGI公司的S.Kodiyalam以及福特汽車公司車輛安全部門的R.Y.Yang共同進行了轎車的BIP(Body In Prime)基于NVH(噪聲、振動、穩(wěn)定性)和碰撞安全性要求下的輕量化研究，實現(xiàn)了在不降低性能的條件下減重15Kg。

近年來，交通運輸、公路管理等國家部門在全國范圍內(nèi)對超載車輛的查處日益嚴格，《道路機動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》管理制度13益規(guī)范和完善，政府出臺了一系列政策、法規(guī)，大力倡導節(jié)能減排。這些因素促使道路運輸車輛，特別是重型汽車，出現(xiàn)了輕量化的趨勢。同時，迫于激烈的市場競爭、原材料價格上漲的壓力，為降低整車成本、降低整車質(zhì)量以提高載質(zhì)量利用系數(shù)進，而降低車輛使用油耗，產(chǎn)品輕量化也是汽車企業(yè)自身發(fā)展的需要和應(yīng)盡的社會責任。

減輕車架質(zhì)量的方法不外乎2種：一是采用高強度材料替代強度相對較低的材料；二是對車架總成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，提高材料利用率。經(jīng)過初步工藝分析、成本核算，決定同時采用這2種方法對車架總成進行輕量化設(shè)計。

車架作為汽車的承載基體，支撐著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨廂等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機件，承受著傳給它的所有力和力矩。因此，輕量化車架應(yīng)能保證足夠的剛度和強度，以使裝在其上的有關(guān)機體之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最??；同時保證其有足夠的可靠性和壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴重變形和開裂[1]。

為縮短計算時間、降低計算難度，用于有限元分析的車架數(shù)學模型、各零部件的約束以及負荷，都已經(jīng)過數(shù)學簡化。這就注定了有限元分析與實際情況或多或少存在差異。為采集真實試驗數(shù)據(jù)以驗證有限元分析的準確性，有必要進行車架臺架試驗。而且，車架作為重型汽車的基礎(chǔ)構(gòu)件，與大量其他部件有裝配關(guān)系，一旦車架結(jié)構(gòu)改動，很可能牽一發(fā)而動全身。所以，穩(wěn)妥起見，也有必要進行車架臺架試驗。

為減輕節(jié)能車車架質(zhì)量,獲得良好的燃油經(jīng)濟性

既然車架臺架試驗是為了驗證有限元分析，那么臺架試驗就應(yīng)該按照有限元分析的方法(即彎曲、扭轉(zhuǎn)2種工況)進行。

臺架試驗的主要內(nèi)容包括各工況的應(yīng)力測量、彎曲工況疲勞試驗、扭轉(zhuǎn)工況疲勞試驗，試驗嚴格按歐洲標準進行。

為了得到盡可能符合實際需要的設(shè)計，必須選擇足夠多的狀態(tài)變量。但是為了加快優(yōu)化進程，必須消除不必要或冗余的狀態(tài)變量。太多的設(shè)計變量增大了收斂到局部最小而非全局最小的概率，必須盡量減少設(shè)計變量。采用變量關(guān)聯(lián)的方法，將車架結(jié)構(gòu)上互相有聯(lián)系的非獨立尺寸按照比例關(guān)系確定。將設(shè)計參數(shù)分為4類：梁的厚度、梁的截面寬度、梁的截面高度和布置尺寸。

隨著汽車輕量化技術(shù)日益受到重視，對高強鋼、鋁合金等輕量化材料的應(yīng)用、液壓成型等先進制造工藝的工程化、新型輕量化結(jié)構(gòu)等方面的探討，將成為汽車行業(yè)研究人員關(guān)注的熱點。而本文給出的概念模型拓撲優(yōu)化分析實例，進一步說明拓撲優(yōu)化技術(shù)在尋找新型輕量化結(jié)構(gòu)方面，將起到舉足輕重的作用。

車輛輕量化是減少原材料的消耗、降低車輛的生產(chǎn)成本、減少排放的最有效措施之一。對于特種重型專用車，車架自重和其所占整車重量比例均較大，因此減輕車架自重對車輛輕量化研究具有重要的意義。減輕車架自重一般有兩種途徑：一是從新材料人手，采用輕金屬或現(xiàn)代復合材料”3等低密度材料制作車架，以減輕結(jié)構(gòu)重量；二是從優(yōu)化設(shè)計人手，對現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)車架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在保證承載能力和可靠性的前提下減輕其質(zhì)量。前者輕量化效果明顯，減重幅度比較大，但具有研發(fā)成本高，工藝復雜等困難；后者成本低容易實現(xiàn)，如果方案得當也能得到良好的輕量化效果 專用車通常采用邊梁式車架結(jié)構(gòu)，影響車架重量的主要因素為結(jié)構(gòu)參數(shù)，如車架的幾何尺寸和板殼厚度。如果以結(jié)構(gòu)參數(shù)

為設(shè)計變量，以車架結(jié)構(gòu)重量為優(yōu)化目標，則車架輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型一般可表示為：

中，gi(X)為不等式約束函數(shù)，hj(x)為等式約束函數(shù)，m為不等式約束個數(shù)，l為等式約束個數(shù)。約束條件可以是強度約束、剛度約束、動態(tài)特性約束以及幾何約束等。

考慮到縱粱在車架質(zhì)量中占有較大的比例，因此選擇縱梁作為優(yōu)化的具體對象。等截面縱粱的腹板和上下翼板厚度沿長度方向不變。優(yōu)化方案jiang縱梁土翼板和腹板分別劃分為前、中、后三段；將下翼板分為有加強板和無加強板兩段；加強腹板整體作為一部分。取各段各板的厚度為變量，一共可得到9個優(yōu)化設(shè)計變量。優(yōu)化設(shè)計變量初始值以及優(yōu)

雖然優(yōu)化結(jié)果使得縱粱各段鋼板厚度不相等，會增加制造困難，但采取工藝改進實際上是可以實現(xiàn)的，因此本文的方法和結(jié)果對重型車架從理論上和實際上均有良好的參考價值。

如果將縱橫粱所有構(gòu)件的厚度均作為優(yōu)化設(shè)計變量，優(yōu)化效果可能會更好。但大量試算表明，設(shè)計變量太多，計算規(guī)模太大，所需計算機資源要求較高，導致在有效的時間內(nèi)難以完成實際計算。