性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

柴油發(fā)電機的連桿加工技術(shù)和質(zhì)量要求

 

摘要：連桿是較細長(cháng)的變截面非圓形桿件，其桿身截面從大頭到小頭逐步變小，以適應在柴油發(fā)電機工作中承受的急劇變化的動(dòng)載荷。它是由連桿大頭、桿身和連桿小頭三部分組成，連桿大頭是分開(kāi)的，一半與桿身為一體，一半為連桿蓋，連桿蓋用螺栓和螺母與曲軸主軸頸裝配在一起。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿機械加工帶來(lái)了很多困難，因此必須充分的重視。

一、連桿的承載能力設計

 

      連桿的作用是連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復運動(dòng)變成曲軸的旋轉運動(dòng)，對外輸出作功。在發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用；連桿除應具 有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。這些連桿結構運行就是變形固體在力的作用下所表現的力學(xué)性能，如圖1所示。

1、連桿的承載能力

（1）強度：連桿抵抗破壞的能力。

（2）剛度：連桿抵抗變形的能力。

（3）穩定性：連桿保持原有平衡狀態(tài)的能力。

2、連桿承載能力的要求

（1）連桿應具備足夠的強度，以保證在規定的使用條件下不致發(fā)生破壞。

（2）連桿應具備足夠的剛度，以保證在規定的使用條件下不產(chǎn)生過(guò)量的變形。

（3）連桿應具備足夠的穩定性，以保證在規定的使用條件下不產(chǎn)生失穩現象。

      由上述三項連桿安全工作的基本要求可以看出：如何合理的選用材料（既安全又經(jīng)濟），如何恰當的確定連桿的截面形狀和尺寸，便成為連桿設計中十分重要的問(wèn)題。

3、承載能力分析的主要任務(wù)

      如圖2所示。研究連桿在外力作用下的受力、變形和破壞規律，為合理設計連桿提供有關(guān)強度、剛度和穩定性分析的基本理論和方法。

 

圖1  連桿作用受力示意圖

圖2  連桿承載能力分析任務(wù)

 

二、連桿結構組成

 

      柴油發(fā)電機的連桿組主要由連桿小頭、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3所示。

1、連桿小頭

       連桿小頭的結構通常為短圓管形，用來(lái)安裝活塞銷(xiāo)。通常以半徑較大的圓弧與桿身圓滑銜接，從而減少過(guò)渡處的應力集中。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(xiāo)的磨損。為了潤滑襯套和全浮式活塞銷(xiāo)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(lái)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(guò)桿身油道進(jìn)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，其抗彎斷面模數最大，桿在輕情況下獲得最大的結構剛度和強度，受力示意圖如圖4所示。

3、連桿大頭

（1）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(guò)孔心分成兩部分，以利于拆裝，其中被分開(kāi)的小部分稱(chēng)為連桿蓋（或連桿瓦蓋），裝配時(shí)，這兩部分用兩個(gè)或四個(gè)連桿螺栓連接。

（2）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(jìn)行孔的加工?？准庸ず蟊仨毻ㄟ^(guò)定位裝置將大頭蓋與連桿大頭之間的相對位置加以固定，以防裝配時(shí)錯位。同時(shí)在大頭與大頭蓋的一側打上配對記號，以免裝錯。

（3）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(xiàn)的稱(chēng)為平切口。剖分面與桿身中心線(xiàn)傾斜成一定角度（60°~90°，通常成45°）的稱(chēng)為斜切口。

4、連桿螺栓

      連桿螺栓一般用中碳合金鋼經(jīng)精加工調質(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(shí)產(chǎn)生縫隙，連桿螺栓必須具有一定的預緊力。所以各生產(chǎn)廠(chǎng)對螺栓的扭緊力矩都作了詳細的規定。裝配時(shí)，連桿螺栓應按一定次序、對稱(chēng)均勻、分2-3次逐步擰緊，達到規定的扭緊力矩。連桿螺栓緊固后，為防止其松脫，一般采用開(kāi)口銷(xiāo)、鐵絲、鎖緊片等鎖緊。當螺紋精確加工且合理擰緊時(shí)，不加任何鎖緊裝置，連桿螺栓也不會(huì )松動(dòng)。所以在現代柴油發(fā)電機中，連桿螺栓大多沒(méi)有特別的鎖緊裝置。

5、連桿軸承

      現代發(fā)動(dòng)機用連桿軸承由鋼背和減磨合金層組成，為分開(kāi)式薄壁軸承。瓦背一般采用韌性較高的優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，它是軸承的基體，既要有足夠的強度，以承受沖擊性載荷，又要有合適的剛度，便于與軸承孔良好的貼合。減磨合金層具有保持潤滑油膜，減少磨擦阻力和易于磨合的作用。當薄壁軸承在使用中性能變壞，間隙過(guò)大時(shí)，應直接更換新軸承。

      目前柴油發(fā)電機的軸承減摩合金層主要有白合金（巴氏合金）、銅鉛合金和鋁基合金，其中巴氏合金軸承抗疲勞強度較低，只能用于負荷不大的汽油機，而銅鉛合金或高錫鋁合金軸承均具有較高的承載能力與耐疲勞性。含錫量20%以上的高錫鋁合金軸承，在汽油機和柴油機上均得到廣泛應用。連桿軸承的定位一方面是軸承定位唇，嵌入到連桿蓋的定位槽中；另一方面，軸承外徑周長(cháng)較座孔周長(cháng)稍大，當軸承壓入座孔并用一定壓力壓緊后，便產(chǎn)生了一定的過(guò)盈量，靠合適的過(guò)盈使軸承定位。

 

圖3  柴油機連桿結構圖

圖4  柴油機連桿桿身應力渲染圖

 

三、連桿加工工藝過(guò)程

 

      連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側面及體和蓋上的螺栓座面等。

1、定位及夾緊

（1） 粗基準的正確選擇和初定位夾具的合理設計是加工工藝中至關(guān)重要的問(wèn)題。在拉連桿大小頭側定位面時(shí)，采用連桿的基準端面及小頭毛坯外圓三點(diǎn)和大頭毛坯外圓二點(diǎn)粗基準定位方式。這樣保證了大小頭孔和蓋上各加工面加工余量均勻，保證了連桿大頭稱(chēng)重去重均勻，保證了零件總成最終形狀及位置。

（2）在連桿桿和總成的加工中，采用桿端面、小頭頂面和側面、大頭側面的加工定位方式。在螺栓孔至止口斜結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、一螺栓座面的側面的加工定位方法。這種重復定位精度高且穩定可靠的定位、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。由于定位基準統一，使各工序中定位點(diǎn)的大小及位置也保持相同。這些都為穩定工藝、保證加工精度提供了良好的條件。

2、加工順序和階段劃分

      連桿的尺寸精度、形狀精度和位置精度的要求都很高，但剛度又較差，容易產(chǎn)生變形。連桿的主要加工表面為大小頭孔、兩端面、連桿蓋與連桿體的接合面和螺栓等。次要表面為油孔、鎖口槽等。還有稱(chēng)重去重、檢驗、清洗和去毛刺等工序。連桿是模鍛件，孔的加工余量較大，切削加工時(shí)易產(chǎn)生殘余應力。因此，在安排工藝過(guò)程時(shí)，應把各主要表面的粗、精加工工序分開(kāi)。這樣，粗加工產(chǎn)生的變形就可以在半精加工中得到修正。半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中得到修正，最后達到零件的技術(shù)要求同時(shí)在工序安排上先加工定位基準。連桿工藝過(guò)程可分為以下階段：

（1） 粗加工階段

      粗加工階段也是連桿體和蓋合并前的加工階段：主要是基準面的加工，包括輔助基準面加工，準備連桿體及蓋合并所進(jìn)行的加工，如兩者對口面的銑、磨等。

（2）半精加工階段

      半精加工階段也是連桿體和蓋合并后的加工，如精磨兩平面，半精樓大頭孔及孔口倒角等?？傊?，是為精加工大、小頭孔作準備的階段。

（3）精加工階段

      精加工階段主要是最終保證連桿主要表面上大、小孔全部達到圖紙要求的階段，如珩磨大頭孔、精鏜小頭軸承孔等。

3、連桿的技術(shù)要求

      連桿的小頭通過(guò)活塞銷(xiāo)與活塞連接，大頭與曲軸的軸頸連接，大、小頭尺寸取決于承壓面積。連桿的工作溫度為90～100℃，運轉速度為3000～5000r/min。為保證連桿鍛件順利進(jìn)入自動(dòng)化精密機加工生產(chǎn)線(xiàn)和加工后的成品零件在發(fā)動(dòng)機中的裝配精度，同時(shí)，為了保持高速運轉時(shí)其能承受頻率極高的拉壓交變應力，使曲軸始終處于平衡狀態(tài)，要求連桿鍛件具有高的強度和抗疲勞壽命。

      連桿鍛件在滿(mǎn)足圖紙尺寸精度的前提下還應滿(mǎn)足如下技術(shù)和質(zhì)量要求：

（1）未注模鍛斜度在3°～5°之間，未注圓角半徑R在2～5mm之間。

（2）非加工表面應光潔，不允許有裂紋、折疊、結疤、氧化皮（深度>1mm的凹坑）等缺陷。

（3）分模面殘留飛邊寬度≤0.8mm。

（3）縱剖面金屬纖維方向應沿中心線(xiàn)方向并與外形相符，不得有紊亂和間斷，不允許有氣孔、裂紋、折疊和非金屬夾雜物等缺陷。

（4）調質(zhì)處理硬度在220～270HB之間。 應對鍛件作探傷檢查。 鍛件上的缺陷不允許補焊。 每批鍛件的質(zhì)量偏差≤3%。

 

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