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連桿組的作用及主要零件組成
發(fā)布時間:2023-01-22 14:39:01  ▏閱讀:

 

零件裝配與結(jié)構(gòu)組成

柴油機連桿組的作用及主要零件組成

 

摘要:柴油發(fā)電機連桿組的功用是連接活塞與曲軸,將活塞承受的燃氣壓力傳給曲軸,并和連桿配合,把活塞的直線往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。連桿在工作時,承受有三種作用力:活塞傳來的氣體壓力;活塞組零件及連桿本身(小頭)的慣性力;連桿本身繞活塞銷做變速擺動時的慣性力。這些力的大小和方向都是周期性的變化,因此連桿承受著壓縮、拉伸和橫向彎曲等交變應(yīng)力。連桿或連桿螺栓一旦斷裂,就可能造成整機破壞的重大事故。如果剛度不足,使大頭孔變形失圓,大頭軸承的潤滑條件受到破壞,則軸承會發(fā)熱而燒損。連桿桿身變形彎曲,則會造成氣缸與活塞的偏磨,引起漏氣和竄機油。所以要求連桿在盡可能輕的情況下,保證有足夠的強度和剛度。

 

一、普通連桿結(jié)構(gòu)

 

      一般柴油機的連桿組是由連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭、連桿蓋、連桿軸瓦、連桿襯套和連桿螺栓等部分組成(如圖1所示)。

1、連桿小頭

      連桿小頭的結(jié)構(gòu)通常為短圓管形,用來安裝活塞銷。通常以半徑較大的圓弧與桿身圓滑銜接,從而減少過渡處的應(yīng)力集中。在小頭孔中壓配有耐磨的錫青銅、鋁青銅或鐵基粉末冶金的薄壁襯套,以減小活塞銷的磨損。為了潤滑襯套和全浮式活塞銷的配合表面,在連桿小頭和襯套上方鉆孔或銑槽,以收集飛濺下來的油霧。對采用壓力潤滑方式的連桿,在桿身中鉆有油道,潤滑油從曲軸連桿軸頸,經(jīng)過桿身油道進小頭襯套的摩擦表面。

2、連桿桿身

      連桿桿身一般采用“工”字形斷面,這是因為在材料斷面面積相等的條件下,其抗彎斷面模數(shù)最大,因此連桿可在最輕的情況下獲得最大的結(jié)構(gòu)剛度和強度。

3、連桿大頭

      連桿大頭是連桿與曲軸連桿軸頸相連接的部分,亦是連桿軸頸的軸承部分。連桿大頭一般通過孔心分成兩部分,以利于拆裝,其中被分開的小部分稱為連桿蓋(或連桿瓦蓋),裝配時,這兩部分用兩個或四個連桿螺栓連接。

      連桿螺栓一般用中碳合金鋼經(jīng)精加工調(diào)質(zhì)處理制成。為使連桿軸瓦與大頭貼合良好,防止大頭剖分面在受力時產(chǎn)生縫隙,連桿螺栓必須具有一定的預(yù)緊力。所以各生產(chǎn)廠對螺栓的扭緊力矩都做了詳細的規(guī)定。裝配時,連桿螺栓應(yīng)按一定次序、對稱均勻、分2~3次逐步擰緊,達到規(guī)定的扭緊力矩。連桿螺栓緊固后,為防止其松脫,一般采用開口銷、鐵絲、鎖緊片等鎖緊。當螺紋精確加工且合理擰緊時,不加任何鎖緊裝置,連桿螺栓也不會松動,所以在現(xiàn)代柴油機中,連桿螺栓大多沒有特別的鎖緊裝置。

      由于大頭孔的精度要求很高,因此必須在剖分后再組合在一起進行孔的加工??准庸ず蟊仨毻ㄟ^定位裝置將大頭蓋與連桿大頭之間的相對位置加以固定, 連桿根據(jù)制造方式有兩種配對方法,分為切割和斷裂方式,如圖1所示。為了防止裝配時錯位,應(yīng)在大頭與大頭蓋的一側(cè)打上配對記號。

      連桿大頭的剖分形式有平切口和斜切口兩種。剖分面垂直于連桿桿身中心線的稱為平切口[如圖2(a)所示]。剖分面與桿身中心線傾斜成一定角度(30°~60°,通常成45°)的稱為斜切口[如圖2(b)所示]。

 

柴油機漲斷式連桿配對方式.png

圖1  柴油機連桿配對方式

柴油機連桿結(jié)構(gòu)組成示意圖.png

圖2  柴油機連桿結(jié)構(gòu)組成示意圖

 

二、V形連桿形式

 

      V型柴油機左右兩側(cè)相對應(yīng)的兩個氣缸的連桿,通常都裝在同一個曲柄銷上。按照兩個連桿連接方式的不同,可分為并列、主副、叉形三種形式,如圖3所示。

1、并列連桿

      相對應(yīng)的左右兩缸的連桿,一前一后地裝在同一曲柄銷上,如圖4所示。由于連桿的結(jié)構(gòu)形式相同,因此可以通用,而且兩側(cè)氣缸的活塞連桿組的運動規(guī)律相同。其缺點是兩側(cè)氣缸的中心線沿曲軸軸向要錯開一段距離,因而曲軸的長度增加,使曲軸剛度降低。

2、主副連桿

      主副連桿又稱關(guān)節(jié)式連桿,結(jié)構(gòu)如圖5所示。一列氣缸的連桿裝在連桿軸頸上,稱為主連桿;另一列氣缸的連桿,通過一圓柱銷與主連桿的耳銷孔相連接,稱為副連桿。左右兩列對應(yīng)氣缸的主副連桿及其中心線位于同一平面內(nèi)。這種形式的優(yōu)點是曲軸的長度不需加長,使曲軸剛度加強。缺點是連桿不能互換。副連桿對主連桿產(chǎn)生附加彎矩,以及左右兩列氣缸的活塞連桿組運動規(guī)律不同。

3、叉片式連桿

      左右兩列氣缸相對應(yīng)的兩個連桿中,一個連桿的大頭做成叉形,另一個連桿的大頭插在叉形連桿的開擋內(nèi)(如圖6所示),稱為叉片式連桿。

      叉形連桿桿身的工字斷面的長軸位于垂直于擺動平面的平面內(nèi)。其翼板伸到大頭的部分就成為叉形,這使片式連桿擺動時,在叉形連桿桿身上開槽的高度可以減小,因而強度有所提高。叉形連桿的優(yōu)點是兩列氣缸中活塞連桿組的運動規(guī)律相同,曲軸的長度不需加長。缺點是叉形連桿大頭結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜,大頭的剛度也不夠高。

      在缸徑較大,缸數(shù)較多的V型柴油機上,多采用主副連桿和叉片式連桿,而一般V型柴油機則多采用并列式連桿。

 

柴油機V型連桿形式類型.png

圖3  柴油機V型連桿形式類型

柴油機并列連桿結(jié)構(gòu)圖.png

圖4  柴油機并列連桿結(jié)構(gòu)圖

柴油機V形主副連桿結(jié)構(gòu)圖.png

圖5  柴油機V形主副連桿結(jié)構(gòu)圖

柴油機叉片式連桿結(jié)構(gòu)圖.png

圖6  柴油機叉片式連桿結(jié)構(gòu)圖

 

 

三、連桿軸承材料和結(jié)構(gòu)

 

      柴油機中的軸承以滑動軸承(又稱軸瓦)為多,其中受力較大且具有重要作用的是連桿軸承和曲軸主軸承,所在位置如圖7所示。它們的工作情況對柴油機的可靠性、使用壽命等有很大影響。它們的工作情況和材料要求大致相同,因此在此一并介紹。

      軸瓦是用厚1~3mm的鋼帶作瓦背,其上澆有厚0.3~1.0mm的減摩合金(白合金、銅鉛合金或鋁基合金)的薄壁零件。連桿軸承在工作時受到氣體壓力和活塞連桿組往復(fù)慣性力的沖擊作用,而且軸承工作表面和軸之間有很高的相對滑動速度,由于高負荷、高速度的作用,所以軸承很容易發(fā)熱和磨損。這就要求減摩合金的機械強度要高,耐腐蝕、耐熱性和減摩性要好。由于柴油機的軸承負荷大,所以柴油機通常采用銅鉛合金或鋁基合金軸瓦。它們的抗疲勞強度高,承載能力大,耐磨性也好,但其減摩性較差。為了改善減摩合金的表面性能,通常在減摩合金上再鍍一層極薄的合金(多為鉛錫合金),構(gòu)成“鋼背-減摩合金-表層”的三層金屬軸瓦。我國在中小型柴油機上廣泛采用了鋁基合金軸瓦,

      其疲勞強度高,減摩性也不差,耐腐蝕性好,制造成本低。為了使軸瓦在工作中不致轉(zhuǎn)動或軸向移動,在軸瓦上沖出高出背面的定位凸鍵,在軸瓦裝入大頭孔中時,兩個凸鍵應(yīng)分別嵌入連桿桿身和連桿蓋的相應(yīng)凹槽中。有些軸瓦在內(nèi)表面有淺槽,用以儲油以利潤滑。但實踐證明,開油槽的軸瓦承載能力顯著降低,因此受力大的軸瓦,如主軸承的下軸瓦,最好不開槽。

      軸瓦的內(nèi)外表面都經(jīng)過精密加工,因此,不允許以任何不適當?shù)氖止し绞郊庸ぃㄈ玟S連桿蓋、焊補合金等)。裝配時,連桿軸瓦與曲柄銷間應(yīng)有適當?shù)挠湍らg隙,并注意軸承匹配正確的連桿型式(如圖8所示),匹配錯誤會造成柴油機嚴重損壞。安裝軸瓦時,必須保持干凈,如有任何雜物落入,將會破壞其緊密性,引起軸瓦變形、過熱甚至燒壞合金。

 

活塞連桿組結(jié)構(gòu)圖.png

圖7  柴油機連桿軸承位置圖

連桿軸承匹配示意圖.png

圖8  連桿軸承匹配示意圖

 

總結(jié):

      為保證連桿結(jié)構(gòu)輕巧,且有足夠的剛度和強度,一般常用優(yōu)質(zhì)中碳鋼(如45鋼)模鍛或滾壓成形,并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。中小功率柴油機連桿有采用球墨鑄鐵制造的,其效果良好,且成本較低。強化程度高的柴油機采用高級合金鋼(如40Cr、40MnB、42CrMo等)滾壓制造而成。合金鋼的特點是抗疲勞強度高,但對應(yīng)力集中比較敏感,因此采用合金鋼制造連桿的時候,對其外部形狀、過度圓角和表面粗糙度等都有嚴格要求。近年來,硼鋼、可鍛鑄鐵及稀土鎂球墨鑄鐵已廣泛用于制造柴油機連桿,其抗疲勞強度接近于中碳鋼,并且其切削性能很好,對應(yīng)力集中不敏感,制造成本低。


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