武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计
sin(???) 切向力Pt?P2*sin(???)?Pcos?
径向力P)?Pcos(???)k?P2*cos(???cos?
用EXLE求解相关数据，做出下列图9 图10 图11 图9
侧压力P1600050004000N/30001P力2000压1000侧0-10000200400600800-2000-3000曲轴转角/°
图10
连杆力P26000050000/40000P力30000杆20000连100000-100000200400600800曲轴转角/°
图11
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径向力Pk6000050000径向力Pk/400003000020000100000-100000200400曲轴转角/°600800 4.4 相关分力的求解合成转矩
在讨论输出合成扭矩时，要把气体力和往复惯性力合成。虽然往复惯性力对输出转矩的平均值没影响，但对输出转矩瞬时值的影响很大。多缸内燃机的总转矩等于不同相位的各缸转矩相叠加，对于发火间隔角均匀的内燃机说，总转矩曲线是将各缸转矩曲线错开一个相当于发火间隔角的距离（??720/i），然后叠加的效果，其变化的周期就是?。
单缸扭矩其实就是指连杆作用在曲轴销上的力沿切向方向分力与曲柄连杆机构的半径之积，M?Pt*r；合成扭矩就是发动机一个循环内扭矩累积到最后一个主轴颈的扭矩，?Mi。可以不通过求积累扭矩而直接求出合成扭矩曲线，这
1i时要考虑各缸间的发火间隔。
用EXCLE求解相关数据并记录，做单缸扭矩图12，合成扭矩图13如下
图12
单缸扭矩M20001500转矩M/N/m10005000-500-1000曲轴转角α/°0100200300400500600700800
图13
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合成扭矩15001000合成扭矩N/m50000-500-1000曲轴转角/°200400600800
5 连杆零件的结构设计
连杆组由连杆大头、大头盖、连杆轴瓦及连杆螺栓等组成。 连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴。连杆小头与活塞一起作用往复运动，连杆大头与曲轴一起做旋转运动，连杆杆身做复杂的平面摆动。连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。因此在连杆设计中应首先保证具有足够的疲劳强度和结构刚度连杆不能单靠加大连杆尺寸来提高起承受能力。必须从材料选用、结构设计、热处理及表面强化工艺等方面采取措施，来解决连杆尺寸、质量和强度、刚度之间的矛盾。同时，连杆设计中应保证大小轴承工作可靠。
连杆的基本载荷是拉伸和压缩。对于四行程发动机，最大拉伸载荷出现在进气行程开始的上止点附近，其数值为活塞组合计算断面以上那部分连杆质量的往复惯性力。 Pj'?G'?G'1(1??)r*?2 g式中G’、G1'——分别为活塞组合计算断面以上那部分连杆往复运动质量。 最大压缩载荷出现在膨胀行程开始的上止点附近，其数值是爆发压力产生的推力减去前述的惯性力 Po'?Pz?Pj'
式中pz——作用在活塞上的气压力 5.1 连杆的主要尺寸的确定和结构设计细节
R（R为曲柄半径）有关，l连杆长度越短，即?越大，则可降低发动机高度，减轻运动件重量和整机重量，对高速化有利，但?大使二级往复惯性力及气缸侧压力增大，并增加曲轴平衡块和活塞、气缸套相碰撞的可能性。由于是高速机，且S>120mm，取?=0.25。
连杆长度l（连杆大小头孔中心距）与结构参数?? 13
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本次设计中 曲柄半径R=50mm，则连杆长度l =200mm。 5.2 连杆小头尺寸的确定
小头主要尺寸为连杆衬套内径d和小头宽度b1。活塞销座间隔b与连杆小头的端面间隙?1，且b1?b??1。 连接小头主要尺寸如下：
d=（0.28~0.42）D， ?=（0.04~0.08）d，
d1=（0.9~1.2）d， d2=（1.2~1.4）d1
初步设计连杆小头主要尺寸为： 连杆小头衬套内径d=40.8mm，
小头衬套厚度?=3mm，宽度同小头宽， 小头孔径d1=43.8mm， 小头外径d2=57mm， 小头宽度b1=40mm， 小头油孔直径d0=6mm，
本设计连杆材料为40Cr，??7.83*10?5kg/mm3
5.3 连杆大头的尺寸确定
大端孔径主要取决于曲柄销直径即连杆轴瓦厚度，本设计连杆大头主要尺寸为：
连杆大头轴瓦厚度?=3mm， 大头孔径D1=76mm, 大头宽度b2=40mm， 螺栓距l1?1.18D1?89mm，
螺栓孔外侧厚不小于2~4mm，取螺栓孔外侧厚4mm， 两岸大头高度H1?H2?0.50D1?38mm
6.连杆强度的校核
6.1 连杆小头强度计算
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衬套过盈配合的预紧力及温升产生的应力p????td2?d??d2?d??222dd2?d2?d?]d1[2212122
EE'式中：d——衬套内径，为40mm， d2——小头外径，为57mm， d1——小头内径，为43.8mm， ?——衬套压配过量，0.061mm，
?t——衬套和小头热膨胀不一致产生的过盈量，?t?(???')?t*d1， ?'——衬套材料的膨胀系数，对于青铜，可取?'?1.115*105l/℃, ?——连杆小头材料的膨胀系数，对于钢可取??1.0*10?5l/℃, ?t——连杆过做事温升，取100℃， ?——泊桑比，??0.3，
E——连杆材料的弹性模量，对于钢E?2.2*106kgf/cm2， E’——衬套材料弹性模量，对于青铜E'?1.15*106kgf/cm2， 经计算，p?197kgf/cm2， 由p引起的小头应力 ： 内表面：
?i'?d22?d122d2*p?767.9kgf/cm2d
2?1 外表面：
当发动机处于额定工况时，连杆小头的最大拉伸作用力为： P''jmax?Gg?2R(1??)?943.8kgf 各截面上的弯矩和法向力按下列公式求解 在??0°的截面上：
M0?P'jmaxr(0.00033?c?0.0297)?24.288kgf·cm, N0?P'jmax(0.572?0.008?c)?449.2kgf
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