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汽车发动机连杆失效分析
学院机电工程学院
作者XXX
学号XXXXXXXX 专业班级XXXXXXXX 小组成员XXXXXXXXXXXXXX
指导教师XXXXXX
2013年12月
目录
引言 (3)
一．基本知识 (3)
1. 连杆的结构 (3)
2. 制造工艺 (3)
3. 钢锻连杆使用材料 (3)
4. 连杆受力分析及有限元法 (3)
二．断口理化检验 (3)
1. 材料化学成分 (3)
2. 断口外观质量和失效形貌 (3)
3. 微观断口夹杂物检测分析 (3)
4. 断口金相组织 (3)
5. 断裂位置 (3)
三．失效原因（断裂原因） (3)
1. 失效原因总结 (3)
2. 连杆疲劳强度研究 (3)
3. 连杆疲劳寿命预测 (3)
四．总结 (3)
1. 影响疲劳强度的主要因素 (3)
2. 对连杆生产的建议 (3)
五．参考文献 (3)
引言
连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率以及设备维护、维修等因素均可造成失效。
连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，并把活塞上的力传给曲轴。连杆小端做往复运动，大端做旋转运动，杆身做复杂的平面运动，它承受活塞传来的气体压力，往复运动惯性力及本身摇摆所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆失效。据统计，连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。
摘要：连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。本文主要对钢锻连杆进行分析，并从连杆结构、制造工艺、受力分析、所选材料以及断口组织结构等方面对失效原因和疲劳破坏进行分析总结。
关键词：汽车、发动机、钢锻连杆、失效分析、疲劳
连杆作为传递力的主要部件广泛地应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。发动机连杆的作用是将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动，实现发动机由化学能转变为机械能的输出。发动机连杆连接活塞和曲轴，将活塞承受气体作用力传给曲轴，使曲轴旋转对外输出动力，工作时承受很高的周期性冲击压力、弯曲力和惯性力，这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能，连杆体的几何结构有良好的结构刚度。同时也因连杆是发动机重要的运动部件，而高速运动产生的惯性力又要求结构轻巧，所以要求连杆在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度、强度和质量精度。［1］
一．基本知识
1. 连杆的结构
连杆（connecting rod）连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。
连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞。杆身通常做成“工”或“H”形断面，以求在满足强度和刚度要求的前提下减少质量。
连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。一般做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓连接为一体。
连杆轴瓦：安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈装和在一起，是发动机中最重要的配合副之一。
2. 制造工艺
钢制连杆都用模锻制造毛坯。它的锻造工艺有两种方案, 将连杆体和盖分开锻造, 连杆体和盖整体锻造。钢锻连杆的一般制造工艺如下：
原材料→断料→锻造坯料→精模锻→调质处理→喷丸→硬度及表面检查→矫正→精压→探伤→精加工→成品。［2］
按照连杆体和盖的剖分方法，目前连杆制造工艺主要分为2种：（1）传统连杆制造工艺。体、盖为整体锻造结构，经过粗加工后，采用锯断法将体、盖分离，精加工结合面后再组装进行其它精加工；（2）连杆裂解工艺。与传统工艺的区别体现在断裂面呈现犬牙交错的自然断裂表面，由此使其具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、生产成本低等优势。此外，裂解工艺还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量大幅度。
传统连杆的大批量生产较多采用专用机床，工序较多。加工过程中基准需经过多次转换，精度不易保证，适应性较差。现在连杆制造工艺，采用数控加工中心完成机加工，工序集中，基准统一，而且可以随产量的增长而灵活调整，是一种既经济、适应性又强的先进生产方式。
3. 钢锻连杆使用材料
①碳素钢和合金钢
国内一般中、小型汽油机及柴油机连杆采用的传统材料是碳素调质钢和合金调质钢，通常小功率的发动机采用碳素调质钢，大功率的发动机采用合金调质钢。碳素钢中碳的质量分数为：0.40%～0.55% ；合金钢主要添加的合金元素是铬、锰、钼、硼等，可单独添加或复合添加。［3］碳素钢连杆的调质硬度一般在229~269HBS，合金钢连杆的调质硬度可达到300HBS，但最高不超过330HBS，这主要是考虑后续的机械加工。调质连杆具有足够的强度和塑性，一般碳素钢抗拉强度可达到800 MPa以上，冲击韧度在60 J/cm2以上；合金钢调质钢抗拉强度可达到900 MPa以上，冲击韧度在80J/cm2以上，可满足连杆的可靠性要求。调质钢连杆的制造工序是，棒料经过剪切，热锻成形，调质处理，强力喷丸、机械加工，装配和检测。
②非调质钢
非调质钢的强化机理是在中碳钢的基础上添加钒、钛、铌等微合金元素，通过控制轧制或控制锻造过程的冷却速度，使其在基体组织中弥散析出碳、氮的化合物使其得到强化。非调质钢省略了锻后的热处理，从而节省了能源，减少了生产工序，降低了成本。另外，由于省略了调质工序，避免了零件在热处理工序中
产生的淬火裂纹和变形等一系列的质量问题，对提高产品质量有一定的好处。非调质钢按其强韧可以分4类（如表1）其中基本型和高强度型适用于发动机连杆。
③粉末烧结
粉末烧结锻造工艺在20世纪60年代就已出现。当时，美国、日本及欧洲的一些国家均进行了大量的试验研究工作。由于当时金属粉末的种类极少，又受到成本的限制，发展不快。随着金属粉末、合金粉末的开发及相关工业的发展，粉末烧结锻造工艺也相应的得到发展，并且逐渐的应用到汽车结构件的制造之中。
4. 连杆受力分析及有限元法
对连杆高速运动中的受力状况进行理论分析，需结合有限元软件ANSYS对活塞连杆进行三维准静态有限元分析研究，计算模型与实际结构、工作状况相符；采用接触算法，以理论分析为依据，模拟分析为手段，找出导致连杆失效的主要因素。
活塞连杆组的运动状况如图1所示。其中，小头端随活塞组做往复直线运动，大头端绕曲柄销做旋转运动，杆身部分为往复运动和摆动所合成的复合运动；连杆的受力情况较为复杂，在其杆身的每一个截面上都会有弯矩、剪力和法向力，但弯矩和剪力都不大，杆身的主要载荷是交变的拉压负荷。［4］
图1活塞连杆组的运动
柴油机活塞连杆组的运动极不均匀，伴随着很大的加减速度，产生超重上千倍的惯性负荷，对连杆的强度和耐久性影响很大，并导致振动和噪声。这些惯性负荷主要有：活塞组件往复运动所产生的往复惯性力，曲轴不平衡回转质量回转运动所产生的离心力，连杆运动所产生的惯性力。［5］
受计算机技术限制，以往的连杆有限元分析计算一般是将连杆计算模型简化成二维平面问题来处理。近年来随着计算机技术的发展，计算机的计算能力越来越大，连杆计算越来越多采用三维有限元分析。三维有限元分析时因单元数量多，计算量庞大，资源占用严重，所以通常连杆分析模型一般不包括活塞销和连杆轴颈，连杆受力是通过加在连杆大、小头孔内表面的载荷来简化计算分析。模型简化会给建立模型、划分网格、分析计算等过程带来方便，所需的计算资源减少，但同时带来的问题是简化处理过多会影响计算结果精度。接触问题是有限元分析中的一个难点。因为连杆与活塞销、曲轴等零件相互作用组成一个受力系统，每个零件间的接触表面有力的相互作用。采用接触分析法能最大限度地模拟连杆与活塞销、曲轴间的关系。［6］因此，本文采用接触法来对发动机连杆进行分析，分析过程中同时考虑到活塞销和连杆轴颈，在连杆与活塞销、连杆与连杆轴颈间分别建立弹性接触对，用接触对来模拟连杆与活塞销、连杆与连杆轴颈间的连接
发动机连杆断裂是一种较为常见的故障现象。引起发动机连杆断裂的原因很多，既有可能是零部件本身的缺陷，也有可能是外来因素的影响，还有可能是用户使用不当造成。连杆断裂的发生往往会导致发动机报废，造成较大经济损失。所以，对发动机连杆断裂的原因进行总结和分析，不仅能够对汽车生产厂家提高产品质量水平有积极的促进作用，而且能指导用户正确使用车辆，避免产生不必要的维修费用。下面分析几种典型的原因。 一、发动机汽缸进水 一辆本田雅阁2.0L乘用车，行驶里程为28993km。在行驶过程中，听到一声较大的异响后发动机熄火，不能再次启动。拖至维修站检查，发现发动机缸体破损（如图1所示）。进一步拆检，发现第一缸连杆断裂。 经分析，连杆材质各项指标均正常，排除了因材质问题引起故障的可能性。检查发动机舱时发现：电池安装座上有较多
泥沙；在保险丝盒附近有大量飞溅的泥点；拆开空气滤清器，发现空气滤清器上盖上有较多泥点，且空气滤清器下盖上有相当多的泥土。种种迹象表明，该车曾经涉深水行驶。 解体发动机后，观察各缸缸套上活塞环运动的最高位置（上止点），可以看出第一缸的上止点明显比其它缸低(如图2 所示)。笔者认为，连杆是弯曲运转一段时间后才发生断裂。 该车进气系统由进气口、共鸣腔、空气滤清器、进气管、节气门体、进气歧管等组成（如图3所示）。水是如何进入进气系统从而进入发动机的呢？笔者认为，车辆在水中行驶时会使水面发生较大波动，造成水面高度相对进气口时高时低，水面高于进气口时，发动机将水吸入汽缸。
最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水蒸气，使该缸无法形成可燃混合气。随着进水量的增多，水会积存在活塞顶部，使燃烧室的有效容积减小，压缩阻力增大，活塞传给连杆的压力也增大。当积水量达到一定程度(如接近燃烧室容积)时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形直至断裂，从而打破发动机缸体。 现代发动机一般采用直径较大的进气总管和进气阻力系数较小、呈弯曲手指状的进气歧管，给空气的进入提供便利的条件。然而，如果车辆在深水路面行驶，这种结构同样给水的进入提供便利条件。一般情况下，当水被吸入进气管时，由于惯性，水将首先涌到水平的进气总管末端，然后再往回流，导致位于进气总管末端的第一缸进气歧管最易进水。另
------------------------------------------精品文档------------------------------------- 无锡商业职业技术学院 毕业设计说明书 发动机连杆工艺设计及结构造型 学号12874105 王松姓名 机电124级班 专业机电一体化技术 机电技术学院部系 指导老师张帆
完成时间2014 年9 月8 日至2015 年4月10 日 无锡商业职业技术学院 目录 引 言 (1) 第1章发动机连杆的分 析 (2) 1.1 发动机连杆的介绍 ...................................... 2 第2章发动机连杆的加工工 艺 (4) 2.1发动机连杆加工工艺规程 ................................ 4 2.2发动机连杆的技术要求 .................................. 4 2.3发动机连杆零件图分析 .................................. 5 2.4连杆的材料和毛坯 ......................................
2.5确定加工方法 ......................................... 10 2.6制定工艺路线 ......................................... 11 2.7确定加工余量 ......................................... 11 2.8切削用量的选择 ....................................... 13 2.9切削深度的选择 ....................................... 13 2.10进给量的选择 ........................................ 13 2.11切削速度的选择 ...................................... 13 2.12加工工序表见下表 .................................... 14 第3章发动机连杆的三维造 型 (15) 3.1发动机连杆的造型 ..................................... 15 3.2发动机连杆造型的步骤 .................................
v .. . .. 汽车发动机连杆失效分析 学院机电工程学院 作者XXX 学号XXXXXXXX 专业班级XXXXXXXX 小组成员XXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXX 2013年12月
目录 引言 (3) 一．基本知识 (3) 1. 连杆的结构 (3) 2. 制造工艺 (3) 3. 钢锻连杆使用材料 (3) 4. 连杆受力分析及有限元法 (3) 二．断口理化检验 (3) 1. 材料化学成分 (3) 2. 断口外观质量和失效形貌 (3) 3. 微观断口夹杂物检测分析 (3) 4. 断口金相组织 (3) 5. 断裂位置 (3) 三．失效原因（断裂原因） (3) 1. 失效原因总结 (3) 2. 连杆疲劳强度研究 (3) 3. 连杆疲劳寿命预测 (3) 四．总结 (3) 1. 影响疲劳强度的主要因素 (3) 2. 对连杆生产的建议 (3) 五．参考文献 (3)
引言 连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率以及设备维护、维修等因素均可造成失效。 连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，并把活塞上的力传给曲轴。连杆小端做往复运动，大端做旋转运动，杆身做复杂的平面运动，它承受活塞传来的气体压力，往复运动惯性力及本身摇摆所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆失效。据统计，连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。 摘要：连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。本文主要对钢锻连杆进行分析，并从连杆结构、制造工艺、受力分析、所选材料以及断口组织结构等方面对失效原因和疲劳破坏进行分析总结。 关键词：汽车、发动机、钢锻连杆、失效分析、疲劳
文章编号:1000-0909(2001)03-0283-04 190062 发动机曲柄连杆机构CAD 系统的研究 徐 斌,宋宝玉,王兆海,金 强 (哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海264209) 摘要:主要针对发动机曲柄连杆机构,详细论述了基于特征的参数化设计方法;并利用V isual C ++ 对Pr o /Engineer 进行二次开发,建立发动机曲柄连杆机构CAD 系统。本系统的应用,快捷有效地支持了曲柄连杆机构的设计开发。 关键词:计算机辅助设计;曲柄连杆机构;特征;参数化中图分类号:T K 406;T P 302 文献标识码:A 引言 发动机市场日益激烈的竞争要求不断缩短产品开 发周期、降低成本以及提高产品质量,这使得采用先进的设计方法及计算机辅助设计手段成为必然。目前国内引进了不少大型C AD 软件来辅助设计,然而通用软件只能在某一方面支持设计的进行。根据设计对象的需要,对通用软件进行二次开发,将专业设计知识与软件功能紧密结合是利用软件进行计算机辅助设计的关键。曲柄连杆机构作为发动机的重要组成部分,其设计过程是发动机设计的重要一环。汽车发动机曲柄连杆机构计算机辅助设计系统的开发,正是为了提高发动机产品的设计水平,缩短产品开发周期,以适应产品面向市场竞争的需要。 1 曲柄连杆机构CAD 系统的结构 曲柄连杆机构CAD 系统的结构与产品设计行为 相一致。首先要控制各设计阶段的执行顺序,其次应能在每一设计阶段根据当前问题的特点采用合适的操作方法,完成设计模型的变换。图1所示为发动机曲柄连杆机构计算机辅助设计系统结构图,它具有以下功能和特点: (1) 建立曲柄连杆机构设计过程模型,将设计过程划分为若干个设计子过程,实现各子过程的功能规范化、结构模块化; (2) 在曲柄连杆机构设计不同子过程中建立合适的抽象层次设计模型; (3) 根据设计对象当前的状态实现设计子过程的控制; (4) 建立设计对象间的参数传递机制,实现参数的一致性; (5) 将各专业领域的理论、知识转化为设计工具; (6) 采用合适的人机交互技术支持设计 。 图1 计算机辅助设计系统结构 Fig .1 System structure of the computer aided design 第19卷(2001)第3期 内 燃 机 学 报 Transactions of CSICE V o l .19(2001)No .3 收稿日期:2000-08-20;修订日期:2000-11-27。 基金项目:哈尔滨工业大学杰出青年学术带头人基金资助项目。 作者简介:徐 斌(1962-),男,教授,主要研究方向为内燃机现代设计方法。
某8V柴油机连杆小头衬套故障分析与改进设计 赵志强1王根全1王延荣1 张利敏1 许春光1 (1.中国北方发动机研究所（天津），天津300400) 摘要：针对某8V柴油机50h台架试验中出现的衬套磨损和松动的故障，在故障分析的基础上，从改善轴承润滑、提高衬套固持力和提高连杆小头刚度三方面入手，借助经验、理论计算及有限元仿真等手段开展结构改进分析进而提出改进方案，该方案经500h台架耐久性试验考核未重现上述故障，由此验证本文改进措施的有效性。 关键词：柴油机衬套改进设计试验验证 连杆是往复活塞式内燃机动力传递的重要组件，它承受周期性交变载荷，把活塞旋转往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传递给曲轴对外输出功率[1,2]。连杆小头衬套作为连杆组件的关键零件，它与活塞销组成一对滑动轴承副，连杆小头衬套与连杆体采取过盈的方式紧固联接、小头衬套与活塞销为间隙配合，连杆衬套的磨损和松动是连杆的主要失效形式。 本研究对象为某8V柴油机连杆小头衬套，分析并确定其故障机理，基于经验、理论公式和有限元仿真软件技术确定出改进方案，最终经试验验证，找到衬套磨损和松动的解决措施。 1 某8V柴油机连杆小头衬套故障描述 某8V柴油机在初样机阶段多台样机在50h 台架试验中发生衬套磨损和松动的故障，连杆小头衬套磨损故障见图1、连杆小头衬套松动见图2。 图1连杆小头衬套磨损故障 图2连杆小头衬套松动故障 2 故障分析 依据经验分析，连杆衬套磨损、发黑一般应从润滑角度考虑；连杆小头衬套松动、脱出应该从衬套与连杆体固持力不足角度分析，但往往两者非独立故障导致衬套故障，存在一定关联关系影响。如连杆轴承润滑不良，衬套和活塞销摩擦表面的摩擦磨损状态会发生剧变，衬套安装固持力和摩擦力会此消彼长，过度的磨损使衬套的固持力持续下降，而摩擦力持续增加，当衬套安装固持力和工作摩擦力发生逆转时，故障现象随即出现；而衬套固持力不足，衬套会发生松动和旋转现象，使衬套进油孔和连杆体进油孔位置错位，导致轴承润滑不畅发生衬套磨损和烧蚀故障。鉴于上述分析，决定从提高固持力和加强润滑两条思路同时出发，以解决某8V柴油机的连杆衬套故障。 3 改进方案
—汽车发动机连杆的热处理工艺设计 目录 摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------（1）1.概述--------------------------------------------------------------------------------------------（2）1.1 前言-----------------------------------------------------------------------------------------------（2）1.2 使用性能-----------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.3 失效形式---------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4 材料选择---------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4.1技术要求-----------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4.2材料比较------------------------------------------------------------------------------------(3) 1.5热处理工艺及目的----------------------------------------------------------------------- ----(4) 1.5.1退火--------------------------------------------------------------------------------------------(4) 1.5.2正火-------------------------------------------------------------------------------------------（4） 1.5.3淬火----------------------------------------------------------------------------------------- （4） 1.5.4回火--------------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1工艺路线------------------------------------------------------------------------------------- -（5） 2.1.1 等温退火---------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1.2淬火----------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1.3回火-----------------------------------------------------------------------------------------（6） 3.实验结果及分析---------------------------------------------------------------------6） 3.1 组织及分析----------------------------------------------------------------------------------（6） 3.1.1原始组织----------------------------------------------------------------------------------- （6） 3.1.2 等温退火后组织---------------------------------------------------------------------------（7） 3.1.3淬火后组织----------------------------------------------------------------------------------(7) 3.1.4 回火后组织---------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2 缺陷分析------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.1过热-----------------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.2欠热-----------------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.3淬火裂纹-----------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.4脱碳组织-----------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.5热处理变形--------------------------------------------------------------------------------（9） 3.2.6软点-----------------------------------------------------------------------------------------（9） 3.2.7回火缺陷-----------------------------------------------------------------------------------（9） 4 . 总结--------------------------------------------------------------------------------（10） 5. 参考文献-------------------------------------------------------------------------（10） 6.致谢----------------------------------------------------------------------------------（10）
摩托车发动机连杆断裂原因分析 陈明，谭莹，曹标，周崎，刘健斌 (广州出入境检验检疫局化矿金属材料检测技术中心，广东广州510623) 要：对断裂的摩托车发动机连杆进行宏观、金相及断口分析。结果表明连杆与输出轴之间曾发生强烈磨擦， 连杆局部区域应力集中及温度过高，降低了该区域的疲劳强度。同时该区域组织中存在的较粗大的碳化物 了基体组织的连续性，加速了裂纹的形成和扩展。 词：连杆；疲劳断裂；失效分析 东某摩托车厂一辆摩托车在运行了2000km后发生机械故障，经拆机检查，发现发动机曲轴连杆断裂。厂家送来断裂连杆要求进行断裂原因分析。据悉该连为20CrMnTi，表面经过渗碳处理。连杆工作原理见图1，连杆的往返运动带动两传动曲轴转动。 图1 曲轴连杆工作示意图 宏观检查 失效连杆件有两个断口，杆身未发现明显变形(图2)，在连杆断裂端的轴承弧面可见许多与断口平行的裂纹[图3(a)]；断裂端一侧面存在强烈磨擦痕迹[图3(深度达0.5mm；轴承弧面靠近磨擦侧面一端可见蓝灰色的高温氧化痕迹[图3(c)]，连杆另一端未发现裂纹。断口1(图2左边的断口)较为光滑平整，断口损，中部可见疲劳弧线[图3(d)]；断口2(图2右边的断口)未见疲劳弧线。
图2 曲轴连杆全貌 (a)连杆断裂端的轴承弧面裂纹；(b)连杆的一个侧面受到磨损； (c)曲轴轴承弧面靠近磨擦侧面一端蓝灰色的高温氧化痕迹；(d)断口1全貌 图3 磨损及断裂处的宏观形貌 扫描电镜分析 断口1在扫描电镜下显示疲劳弧线[图4(a)]；根据弧线的走向可以找到疲劳源，疲劳源在[图4(d)]右下方拐角处，局部放大，源区的细微组织大部分已磨看到放射棱特征[图4(b)]；在疲劳扩展区可见疲劳条纹及二次裂纹[图4(c)]；断口2未见疲劳条纹，只有韧窝，可见断口1是最先开始断裂的断口，而断次断口。
引言 随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此，国内外各大汽车公司对发动机连杆的材料及制造技术的研究都非常重视。“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求： (1)作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声； (2)强度、刚度要高，并且要有较高的韧性； (3)连杆比要大，连杆要短。 这就意味着对连杆的设计和加工有着更高的要求。其一，杆身有足够的刚度可以预防工作时发生弯曲变形；其二，连杆的大端和连杆盖有足够的刚度，以防大端变形时连杆螺栓承受附加的弯曲应力和大端失圆，使轴承润滑破坏。同时，还要求连杆组具有足够的疲劳强度和冲击韧性。
汽车发动机连杆设计 濮永庆机械制造及其自动化 专升本 2011春季117863210038 一、连杆的国内外发展情况 1、连杆的毛坯材料发展状况 在毛坯材料方面，国内传统工艺连杆毛坯材料一般采用42CrMo 、35CrMo 、40MnVB、45CrMnB、40Cr 、45 、40CrMnB S40C等调质钢和S43CVS1 (进口) 35MnV、40MnS等非调质钢。1984～1994年期间，康明斯生产线用调质钢毛坯40MnBH(GB5216-85),1995年全面转用非调质钢材料毛坯38MnV。而德国发动机系统和零部件专家马勒（MahleGMbH）公司先后推出C70S6BY钢、36MnVS4BY钢、70MnVS4BY钢等。 2、连杆的加工工艺发展情况 在加工工艺方面，国内外连杆生产方式大致有：锻造、铸造、粉末冶金等，传统锻造有将连杆体和盖分开锻造、连杆体和连杆盖的整体锻造两种。60年代中期粉末热锻技术开始发展起来，从上世纪80年代以来，粉末冶金注射成型（PIM）得到应用，大多数连杆制造中使用的中碳钢和低合金钢逐步由新钢种和粉末冶金的锻造材料所代替。 在连杆体与连杆盖分离工艺方面，国内外连杆的加工工艺大部分采取的方法有锯断、铣断等工艺；最新工艺是使用断裂分开，即胀断工艺（或者裂解工艺），该工艺是用切口(或用机械方法或用激光束制造预裂纹) 断裂,使大端连杆盖从连杆体移去。国内部分汽车工业制造厂及设备制造厂如一汽大众、上海大众和上海通用等公司都采用了该技术。 连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且生产批量大，连杆的质量直接影响发动机质量。本设计详细介绍了连杆的加工方法的拟订和确立，并对连杆加工工序进行设计。从零件加工工艺的方向进行了一定的探讨。
内燃发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力。简单讲发动机就是一个能量转换装置，即将汽油(柴油)或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体体积膨胀，推动活塞作功，转变为机械能。这是发动机最基本原理。 内燃发动机的历史 1876年，德国人奥托设计并制造出第一台以煤气为燃料的火花点火式四冲程内燃机，在1878年的巴黎万国博览会上受到极高的评价。这种发动机体积小，重量轻，消耗的煤气少，每分钟可达200转。此后，越来越多的工厂都采用内燃机代替蒸汽机。1885年，德国机械工程师卡尔·本茨制成第一台用内燃机驱动的汽车。1897年，德国工程师狄塞尔制成柴油机，柴油机的输出功率大，可以用在船舶、火车机车和载重汽车上。1903年，美国人莱特兄弟在美国用自己制造的双翼飞机，进行了世界上首次带动力的飞行，预示着交通运输新时代的到来。此后，汽车发动机又不断得到改进，使用了废气涡轮加压技术，电子汽油喷射系统，副燃烧室的加入，以及混合动力的使用。这一切都表明，汽车内燃机正向着高效率低能耗的方向发展。 发动机的构造及工作原理 总体构造 由于发动机的工作原理相似，基本结构也就大同小异。汽油发动机通常是两大机构五大系统组成，柴油发动机通常是由两大机构四大系统组成（无点火系）。 发动机总成 曲柄连杆机构——实现热能转换的核心，也是发动机的装配基础。 配气机构——保证气缸适时换气。 燃料系——控制每循环投入气缸燃油的数量，以调节发动机的输出功率和转速 润滑系——减少摩擦力，延长发动机的使用寿命。 点火系——适时地向汽油发动机提供电火花（柴油发动机无点火系） 起动系——使曲轴旋转完成发动机起动过程。 冷却系——控制发动机的正常工作温度。 四冲程汽油机工作原理 汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮结构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。 (1) 吸气冲程 活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。可燃混合气的温度，由于进气管、气缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。 (2) 压缩冲程
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1019170300.html, 某发动机连杆断裂原因分析的研究 作者：何元章夏国祥王文建黄平樊红磊 来源：《汽车科技》2012年第02期 摘要：在发动机研发过程中，连杆断裂故障是发动机的致命故障。本文以某款发动机的连杆断裂故障，从各个相关零件进行了全面的分析和判断，利用一一排除的方法分析原因，找出解决措施，确保发动机的可靠性。 关键词：连杆;连杆螺栓;断裂;连杆瓦;故障 中图分类号：TK4 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）02-0059-05 Fracture Analysis of Engine Connecting Rod HE Yuan-zhang，XIA Guo-xiang，WANG Wen-jiang，HUANG Ping，FAN Hong-lei （Engine Design Department，Technical Center of DFMC，Wuhan，430058，China） Abstract: Fracture of connecting rod is fatal failure in the engine R&D process. In this paper，we will give an example that carry out all related parts of the phenomenon and find out the fracture reason with one by on method of exclusion. Key words: conrod；conrod bolts；fracture；conrod bearing shells；failure 在发动机研发过程中，连杆断裂是发动机致命故障。目前，连杆断裂故障的分析方法均为光学金相和电子探针分析仪等分析手段，针对故障连杆和连杆螺栓进行分析。然而，影响连杆断裂的原因是多样化且不可预判的，如果仅仅采用光学金相和电子探针分析仪的方法分析，只能判断故障件是否存在问题，并不能找出连杆断裂的真正原因。因此，在分析故障原因时，建立一种有效的、全面的分析方法非常重要。 本文介绍一种FTA故障树的分析方法，能全面和有效的找出失效原因。本文以某款发动机的连杆断裂故障为例，从各个相关零件进行了全面的分析和判断，利用一一排除的方法找出原因，提出解决措施，确保发动机的可靠性。 1 背景
包头职业技术学院车辆工程系毕业综合技能训练工作报告曲柄连杆机构的常见故障分析 论文撰写人徐超 系部车辆工程系 班级 12级312131班 学号 31213110 指导教师马志民 发任务书日期 2014年 11月 25日
摘要 曲柄连杆机构是发动机将热能转换为机械能的主要机构，是发动机的心脏。发动机运转中,曲柄连杆机构的活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴和机体受到巨大的冲击力,易产生变形、裂纹或断裂,造成发动机不能启动、异响等。如果该机构发生故障，将使发动机工作状况变坏，动力性下降，机油及燃油消耗量增大。因此，曲柄连杆机构出现故障一定要及时排除。论文对曲柄连杆机构的功用和组成进行阐述，重点描述了机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等主要机件的具体作用，并分析了曲柄连杆机构在拆卸、装配过程的各种注意事项，进一步研究了曲柄连杆机构故障的现象、产生原因及故障检修方法，并结合具体的故障实例对不同型号汽车进行故障诊断分析与故障排除，实现理论与实践相结合，加深曲柄连杆机构的故障诊断认识。 关键词：曲柄连杆机构故障现象故障原因故障检修
目录 前言 (1) 1 曲柄连杆机构的功用和组成 (3) 1.1曲柄连杆机构的功用 (3) 1.2曲柄连杆机构的组成 (3) 1.2.1机体组 (3) 1.2.2活塞连杆组 (4) 1.2.3曲轴飞轮组 (5) 2 曲柄连杆机构的拆卸与装配 (6) 2.1曲柄连杆机构的拆卸 (6) 2.1.1分解发动机机体组总成 (6) 2.1.2活塞连杆组的拆卸 (6) 2.1.3曲轴飞轮组的拆卸 (7) 2.2曲柄连杆机构的装配 (7) 2.2.1安装曲轴与飞轮 (7) 2.2.2安装活塞连杆组件 (7) 2.2.3气缸体曲轴箱组安装 (8) 3 曲柄连杆机构的常见故障分析 (8) 3.1机体组常见故障分析 (8) 3.2活塞连杆组常见故障分析 (11) 3.3曲柄连杆机构的故障实例分析 (12) 3.3.1故障实例一 (12) 3.3.2故障实例二 (12) 结论 (13) 致谢 (14) 参考文献 (15)
汽车发动机连杆失效分析 学院机电工程学院 作者 XXX 学号 XXXXXXXX 专业班级 XXXXXXXX 小组成员 XXXXXXXXXXXXXX 指导教师 XXXXXX 2013年12月
目录 引言 (3) 一．基本知识 (4) 1. 连杆的结构 (4) 2. 制造工艺 (5) 3. 钢锻连杆使用材料 (5) 4. 连杆受力分析及有限元法 (6) 二．断口理化检验 (8) 1. 材料化学成分 (8) 2. 断口外观质量和失效形貌 (8) 3. 微观断口夹杂物检测分析 (9) 4. 断口金相组织 (9) 5. 断裂位置 (10) 三．失效原因（断裂原因） (10) 1. 失效原因总结 (10) 2. 连杆疲劳强度研究 (11) 3. 连杆疲劳寿命预测 (14) 四．总结 (15) 1. 影响疲劳强度的主要因素 (15) 2. 对连杆生产的建议 (16) 五．参考文献 (17)
引言 连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率以及设备维护、维修等因素均可造成失效。 连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，并把活塞上的力传给曲轴。连杆小端做往复运动，大端做旋转运动，杆身做复杂的平面运动，它承受活塞传来的气体压力，往复运动惯性力及本身摇摆所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆失效。据统计，连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。 摘要：连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。本文主要对钢锻连杆进行分析，并从连杆结构、制造工艺、受力分析、所选材料以及断口组织结构等方面对失效原因和疲劳破坏进行分析总结。 关键词：汽车、发动机、钢锻连杆、失效分析、疲劳 连杆作为传递力的主要部件广泛地应用于各类动力机车上，是各类柴油机或
雪铁龙塞纳车系发动机连杆断裂原因分析 发动机连杆断裂是一种较为常见的故障现象。引起发动机连杆断裂的原因很多，既有可能是零部件本身的缺陷，也有可能是外来因素的影响，还有可能是用户使用不当造成。连杆断裂的发生往往会导致发动机报废，造成较大经济损失。所以，对发动机连杆断裂的原因进行总结和分析，不仅能够对汽车生产厂家提高产品质量水平有积极的促进作用，而且能指导用户正确使用车辆，避免产生不必要的维修费用。下面分析一种典型的原因。 发动机汽缸进水 一辆东风雪铁龙塞纳2.0L乘用车，行驶里程为61039km。在行驶过程中，听到一声较大的异响后发动机熄火，不能再次启动。拖至维修站检查，发现发动机缸体破损（如图1所示）。进一步拆检，发现第一缸连杆断裂。 经分析，连杆材质各项指标均正常，排除了因材质问题引起故障的可能性。检查发动机舱时发现：电池安装座上有较多泥沙；在保险丝盒附近有大量飞溅的泥点；拆开空气滤清器，发现空气滤清器上盖上有较多泥点，且空气滤清器下盖上有相当多的泥土。种种迹象表明，该车曾经涉深水行驶。
解体发动机后，观察各缸缸套上活塞环运动的最高位置（上止点），可以看出第一缸的上止点明显比其它缸低。我们认为，连杆是弯曲运转一段时间后才发生断裂。 该车进气系统由进气口、共鸣腔、空气滤清器、进气管、节气门体、进气歧管等组成。水是如何进入进气系统从而进入发动机的呢？我们认为，车辆在水中行驶时会使水面发生较大波动，造成水面高度相对进气口时高时低，水面高于进气口时，发动机将水吸入汽缸。 最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水蒸气，使该缸无法形成可燃混合气。随着进水量的增多，水会积存在活塞顶部，使燃烧室的有效容积减小，压缩阻力增大，活塞传给连杆的压力也增大。当积水量达到一定程度(如接近燃烧室容积)时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形直至断裂，从而打破发动机缸体。 现代发动机一般采用直径较大的进气总管和进气阻力系数较小、呈弯曲手指状的进气歧管，给空气的进入提供便利的条件。然而，如果车辆在深水路面行驶，这种结构同样给水的进入提供便利条件。一般情况下，当水被吸入进气管时，由于惯性，水将首先涌到水平的进气总管末端，然后再往回
湖南理工学院南湖学院机械与电子工程系 毕业设计(论文)开题报告 课题名称汽车发动机连杆加工工艺分析与设计 学生姓名魏鹏辉专业/班级南湖机电/机自三班 指导教师黄泰明单位/职称 一、课题的背景与意义 本课题结合自身将来所要从事的职业岗位，要求能够对该类零件的主要技术要求进行分析、进行零件加工工艺设计、毛坯的选择、零件各表面终加工方法及加工路线、零件加工路线的选择、设备、工装的选择、工序尺寸的确定、工艺文件的填写（工艺过程卡、工序卡）。 机械制造与自动化专业毕业生主要面向企业，一般从事数控技术的工作，其主要业务范围是：从事数控机床的加工工艺规程的制定及数控加工生产、建设工作；数控编程及设计；数控机床的安装、调试及维护、维修及服务等.在这次的学习设计中使我更能在以后的工作中去适应自己的职业。 工艺员一般是依据产品设计技术图纸，合理分解编排加工工序、工艺，安排人员、机具、材料的配置使用，编制工艺卡，尽量在使所制订的工艺规程应保证能在一定生产条件下，以最高的生产率、最低的成本、可靠地生产出符合要求的产品。通常工艺员制图的机会不多，制表的机会多，但不排除绘制简单示意图的可能。 作为一名合格的工艺员，必须掌握各种工艺文件的编制，产品改进，现场的技术指导，工艺纪律检查，以及在相关的部门涉及到的销售技术支撑等，并要求工艺员对产品要做到精通，熟悉产品的结构、原理、以及保养等。 通过本次课题的学习，学会了查用相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，培养了自身分析、解决问题的能力，并能够将书本上所学的理论知识与生产实际相结合，初步理解和掌握零件机械加工工艺规程制订的原则、步骤和方法，达到具备编制中等复杂零件机械加工工艺规程的基本能力，促进了自身的综合应用能力及职业素质的提高，为以后参加工作所要从事的职业夯实了基本知识。
发动机连杆断裂的原因是什么? 原创2016-02-26美国发动机专家百力通 “小型发动机在工作过程中突然发出“砰”的一声，然后就自动停机了。手拉启动时，发现完全感觉不到压缩。把曲轴箱盖打开一看：连杆断了。 面对一台发动机连杆断裂的小型发动机，我们心里往往有很多疑虑。怎么会出现这种情况？造成它断裂的原因又是什么？ 大量的研究和维修经验表明：我们可以通过观察连杆断裂部位和断裂发生后的发动机状态，找到问题的答案。 1）现象一：连杆大头端碎裂，且连杆与曲轴的接合面有明显的金属转移划痕 这种情况说明润滑不良是导致连杆断裂的主因。而润滑不良主要是由缺机油或未按时更换干净机油引起的。 小型发动机的运行速度快，内部温度可达400℃至600℃。在这样恶劣的工况下面，必须有合格的机油在铝制连杆和曲轴结合面形成油膜（为其降温和润滑），才能防止防止金属转移。 否则，失效机油或缺机油导致的接合面干磨擦会让接合面温度极高，从而发生金属转移，最终导致连杆大头端断裂。 如何防止发动机润滑不良 1. 定期检查机油油位，在机油不足的时候，适量补充机油，防止发动机缺机油工作。 2. 另外，还要定期更换发动机机油：每50小时更换机油。长时间使用的机油已经失去润滑作用。应该全部放出并加入新的机油（注：10W-40 SJ等级的机油可适合在绝大多数温度下使用）。 我们建议你使用百力通100005A 风冷四冲程发动机专用机油 3. 为了防止大的磨料进入发动机，还应该定期检查和更换空滤芯 2）现象二：连杆小头端断裂，活塞停在上止点位置
当发现连杆断裂且活塞停在靠近上止点附近的位置时，说明断裂是由于超速引起的。 超速情况下，连杆常常在最薄弱的部位（即大约离活塞销2.5厘米的地方）断裂。通常我们还会看到连接杆断成很多段。调速曲柄和调速齿轮也可以协助我们做出超速判断：比如调速曲柄的夹紧螺栓是否松动，调速齿轮是否脱落或损坏。 小型四冲程通用发动机的设计安全转速不超过4000转/分。在4000转/分以下，发动机部件承受的负载都在可接受的范围内。当发动机超速时，这些负载显著增长。转速每上升500转/分，连杆两端承受的力将增加44％。 切勿擅自调高发动机的转速 每台发动机出厂时，都设定了其最高转速。 不能擅自调高发动机的最高转速。 如果发现发动机超速（通过转速表测定，或者听到尖叫声），应立即让发动机熄火并送到经销商处检查，重新调整转速。 总之，连杆断裂后的发动机状态能告诉我们连杆为什么断裂。润滑不良和超速是最常见的原因。其他可能的原因有：连杆螺栓松动也会导致连杆断裂。 对发动机使用者而言，平时按时保养发动机和不乱调发动机最高转速，对于防止发动机损坏有着重要的意义。 海啸 这里的发动机是特指四冲，还是也包括二冲？