連桿組的作用及主要零件組成
發布時間：2024-03-16 點擊：150
零件裝配與結構組成
柴油機連桿組的作用及主要零件組成
柴油發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，把活塞的直線往復運動變為曲軸的旋轉運動。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。
為保證連桿結構輕巧，且有足夠的剛度和強度，一般常用優質中碳鋼（如45鋼）模鍛或滾壓成形，并經調質處理。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，對應力集中不敏感，制造成本低。
1、普通連桿
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
連桿小頭的結構通常為短圓管形，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，其抗彎斷面模數最大，因此連桿可在最輕的情況下獲得最大的結構剛度和強度。
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精加工調質處理制成。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生縫隙，連桿螺栓必須具有一定的預緊力。所以各生產廠對螺栓的扭緊力矩都做了詳細的規定。裝配時，連桿螺栓應按一定次序、對稱均勻、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。孔加工后必須通過定位裝置將大頭蓋與連桿大頭之間的相對位置加以固定，以防裝配時錯位。同時在大頭與大頭蓋的一側打上配對記號，以免裝錯。
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1（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1（b）所示］。
圖1 柴油機連桿結構組成示意圖
2、v形連桿
v型柴油機左右兩側相對應的兩個氣缸的連桿，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，可分為下列三種形式。
① 并列連桿
相對應的左右兩缸的連桿，一前一后地裝在同一曲柄銷上，如圖2所示。由于連桿的結構形式相同，因此可以通用，而且兩側氣缸的活塞連桿組的運動規律相同。其缺點是兩側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。
圖2 柴油機并列連桿結構圖
② 主副連桿
主副連桿又稱關節式連桿，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。如圖3所示。左右兩列對應氣缸的主副連桿及其中心線位于同一平面內。
這種形式的優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。副連桿對主連桿產生附加彎矩，以及左右兩列氣缸的活塞連桿組運動規律不同。
圖3 柴油機v形主副連桿結構圖
③ 叉片式連桿
左右兩列氣缸相對應的兩個連桿中，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（如圖4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。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。
叉形連桿的優點是兩列氣缸中活塞連桿組的運動規律相同，曲軸的長度不需加長。缺點是叉形連桿大頭結構和制造工藝比較復雜，大頭的剛度也不夠高。
在缸徑較大，缸數較多的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。
圖4 柴油機叉片式連桿結構圖
3、連桿軸承
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。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，兩個凸鍵應分別嵌入連桿桿身和連桿蓋的相應凹槽中。有些軸瓦在內表面有淺槽，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。
軸瓦的內外表面都經過精密加工，因此，不允許以任何不適當的手工方式加工（如銼連桿蓋、焊補合金等）。裝配時，連桿軸瓦與曲柄銷間應有適當的油膜間隙。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。
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為保證連桿結構輕巧，且有足夠的剛度和強度，一般常用優質中碳鋼（如45鋼）模鍛或滾壓成形，并經調質處理。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，對應力集中不敏感，制造成本低。
1、普通連桿
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
連桿小頭的結構通常為短圓管形，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，其抗彎斷面模數最大，因此連桿可在最輕的情況下獲得最大的結構剛度和強度。
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精加工調質處理制成。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生縫隙，連桿螺栓必須具有一定的預緊力。所以各生產廠對螺栓的扭緊力矩都做了詳細的規定。裝配時，連桿螺栓應按一定次序、對稱均勻、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。孔加工后必須通過定位裝置將大頭蓋與連桿大頭之間的相對位置加以固定，以防裝配時錯位。同時在大頭與大頭蓋的一側打上配對記號，以免裝錯。
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1（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1（b）所示］。
圖1 柴油機連桿結構組成示意圖
2、v形連桿
v型柴油機左右兩側相對應的兩個氣缸的連桿，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，可分為下列三種形式。
① 并列連桿
相對應的左右兩缸的連桿，一前一后地裝在同一曲柄銷上，如圖2所示。由于連桿的結構形式相同，因此可以通用，而且兩側氣缸的活塞連桿組的運動規律相同。其缺點是兩側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。
圖2 柴油機并列連桿結構圖
② 主副連桿
主副連桿又稱關節式連桿，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。如圖3所示。左右兩列對應氣缸的主副連桿及其中心線位于同一平面內。
這種形式的優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。副連桿對主連桿產生附加彎矩，以及左右兩列氣缸的活塞連桿組運動規律不同。
圖3 柴油機v形主副連桿結構圖
③ 叉片式連桿
左右兩列氣缸相對應的兩個連桿中，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（如圖4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。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。
叉形連桿的優點是兩列氣缸中活塞連桿組的運動規律相同，曲軸的長度不需加長。缺點是叉形連桿大頭結構和制造工藝比較復雜，大頭的剛度也不夠高。
在缸徑較大，缸數較多的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。
圖4 柴油機叉片式連桿結構圖
3、連桿軸承
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。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，兩個凸鍵應分別嵌入連桿桿身和連桿蓋的相應凹槽中。有些軸瓦在內表面有淺槽，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。
軸瓦的內外表面都經過精密加工，因此，不允許以任何不適當的手工方式加工（如銼連桿蓋、焊補合金等）。裝配時，連桿軸瓦與曲柄銷間應有適當的油膜間隙。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。
發電機生產廠家技術交流：典型零件的技術檢驗
柴油發電機組輸油泵的維護方法
柴油發電機組電起動系統線路基本結構原理
低噪音靜音柴油發電機組生產廠家哪個好呢？
茂名柴油發電機組故障檢測排除方法廠家解析
柴油發電機連桿的動態和靜態強度分析
曲軸的形狀和柴油發電機的發火次序
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