连杆机构设计说明书

机械连杆设计说明书1引言随着汽车工业的发展，对内燃机的需要大大增加，连杆是内燃机上的重要零件，其生产虽然已有较成熟的工艺方法，但在工艺上主要使用专用机床，在加工精度方面受到工人技术的影响。

随着市场对个性化产品的需要，产品的更新换代日益迅速，旧工艺，旧设备已不能适应生产发展的要求。

数控加工的发展，计算机集成制造技术和柔性制造技术的出现，使劳动密集型向技术密集型方向转化。

大、小头孔和螺栓孔的加工是连杆加工的关键技术。

长期以来，国内外许多组合机床和刀具制造厂，如大连组合机床研究所、Ex-Cell-O、Alfing、Grob、Hüler Hille、Ernst Krause & Co等机床厂和Komet、Plansee、Beck、Mapal等刀具厂都十分重视这类技术设备及专用刀具的开发。

近几年来，特别是在专用刀具开发方面取得了长足进步，这对提高加工精度、刀具耐用度和加工效率起着积极作用。

本文以CA140发动机连杆为例，在现有条件和传统工艺的基础上，对生产工艺进行讨论。

2工艺路线的制定2.1 零件分析在制定工艺规程时，必须首先了解零件在产品中所起的作用，了解零件的结构特点，对零件进行工艺分析。

以上都是通过对设计原始资料零件图及产品装配图进行分析的基础上完成的。

另外，还要审查零件图的完整性和正确性，对产品零件图提出修改意见。

2.1.1连杆的作用连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆轴颈连接。

燃烧室内受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的压力压向活塞顶面，连杆则将活塞所受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。

连杆部件一般由连杆体、连杆盖和螺栓、螺母等组成。

在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减少惯性力的作用。

连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。

为了减少磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具有钢质基底的耐磨巴氏合金轴瓦。

目录一、零件的分析 (2)1．零件的作用 (2)2．零件的工艺分析 (2)二、工艺规程设计 (3)1.定位基准的选择 (3)2.制定工艺线路 (5)三、确信毛坯尺寸，工序尺寸，加工余量 (7)1.确信毛坯尺寸 (7)2. 确信工序尺寸 (7)四、确信切削用量及大体工时 (8)五、夹具设计 (16)六．参考文献 (20)一、零件的分析1.零件的的作用连杆是要紧传力部件之一，其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆轴颈连接。

燃烧室内受紧缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以专门大的压力压向活塞顶面，连杆那么将活塞所受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。

在工作进程中，连杆要经受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽可能减少惯性力的作用。

连杆杆身一样都采纳从大头到小头慢慢变小的工字型截面形状。

连杆大、小头两头面对称散布在连杆中截面的双侧。

考虑到装夹、安放、搬运、要求，连杆大、小头的厚度相等(大体尺寸相同)。

2.连杆的工艺分析连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两头面等。

连杆总成的技术要求如下：1．为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔的尺寸公差的品级取为IT6，表面粗糙度Ra不大于μm ；小头孔的尺寸公差品级约取为IT5（加工后再按0.0025mm距离分组），表面粗糙度Ra应不大于μm ；对它们的圆柱度也规定了严格的要求。

2．大、小头孔的中心距的尺寸公差品级应该不低于IT9。

大、小头孔中心线所在的公共平面为连杆平面，一样规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差品级应不低于7级，在垂直于连杆轴线平面内的平行度公差品级应不低于8级。

3．连杆大头孔两头面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加重连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两头面之间的磨损，乃至引发烧伤，一样规定其垂直度公差品级应不低于9级。

4．连杆大、小头两头面间距离的大体尺寸相同，但其技术要求是不同的。

大头两头面间的尺寸公差品级为IT9 ，表面粗糙度Ra不大于μm ；小头两头面间的尺寸公差品级为IT12 ，表面粗糙度Ra不大于μm 。

曲柄连杆机构设计说明书1课程设计规范2115柴油机连杆设计学号：学名：专业班：指导教师姓名：杜家益/张登攀2022年1月目录第一章导言1.1选题的目的和意义11.2设计研究的主要内容1第2章曲柄连杆机构的受力分析22.1曲柄连杆机构的类型及方案选择22.2曲柄连杆机构运动学3一22.1.1活塞位移32.1.2活塞的速度42.1.3活塞的加速度52.2曲柄连杆机构中的作用力52.2.1气缸工作介质的力52.2.2机构的惯性力62.3本章总结11第3章活塞组的设计113.1活塞设计113.1.1活塞的工作条件和设计要求113.1.2活塞的材料12第4章连杆总成的设计134.1连杆的设计134.1.1工作条件，连杆的设计要求和材料选择134.1.2连杆长度的确定134.1.3连杆小头的结构设计和强度及刚度计算134.1.4连杆体的结构设计和强度计算154.1.5连杆的结构设计和强度及刚度计算连杆大端174.2连杆螺栓设计184.2.1连杆螺栓的工作负荷与预紧力184.2.2连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算184.3本章小结18第5章曲轴的设计195.1曲轴的结构型式和材料的选择195.1.1曲轴工作条件和设计要求195.1.2曲轴结构型式195.1.3曲轴材料195.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计205.2.1曲柄销的直径和长度205.2.2主轴颈的直径和长度205.2.3曲柄21二35.2.4平衡重215.2.5油孔的位置和尺寸215.2.6曲轴两端的结构225.2.7曲轴的止推225.3曲轴的疲劳强度校核225.3.1作用在装置曲柄上的力和力矩235.3.2标称应力的计算245.4本章总结26动力计算及图表28结论41致谢41参考文献41三1第一章导言1.1选题的目的和意义曲柄连杆机构是传递发动机运动和动力的机构。

通过它，活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动来输出动力。

因此，曲柄连杆机构是发动机的主要受力部件，其工作可靠性决定了发动机的工作可靠性。

说明书毕业设计说明书⼀．连杆⼯艺性分析1.连杆结构功⽤分析连杆是活塞式发动机和压缩机的重要零件之⼀，其⼤头孔与曲轴相连，⼩头孔通过活塞销与活塞相连，起作⽤是把活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，所以连杆承受⽓缸内燃⽓的爆发⼒、连杆往复运动的惯性⼒、活塞连杆组在⾼速摆平⾯上的惯性⼒，因此必须要求连杆有⾜够的刚度、强度，并且该件为⼩质量，外形复杂，不易定位；连杆的⼤、⼩头是由细长的杆⾝连接，故刚性差，易弯曲、变形。

尺⼨精度、形位精度和表⾯质量要求⾼。

该件为薄弱件属难加⼯零件。

所以在安排⼯艺过程时，应把各主要表⾯的粗、精加⼯⼯序分开。

2.连杆的使⽤要求随着汽车制造业的发展，对于汽车发动机的动⼒性能及可靠性能要求越来越⾼，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。

⼆．连杆的结构与特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之⼀，它由连杆体及连杆盖两部分组成。

如图所⽰：连杆体及连杆盖上的⼤头孔⽤螺栓和螺母与曲轴装在⼀起。

为了减少磨损和便于维修，连杆的⼤头孔内装有薄壁⾦属轴⽡。

轴⽡有钢质的底，底的内表⾯浇有⼀层耐磨巴⽒合⾦轴⽡⾦属。

在连杆体⼤头和连杆盖之间有⼀组垫⽚，可以⽤来补偿轴⽡的磨损。

连杆⼩头⽤活塞销与活塞连接。

⼩头孔内压⼊青铜衬套，以减少⼩头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进⾏修理和更换。

连杆杆⾝⼀般都采⽤从⼤头到⼩头逐步变⼩的⼯字型截⾯形状。

发动机连杆设计说明书发动机连杆设计说明书学院：机电工程学院专业年级：交通班姓名：学号：指导教师： xx 年X月 X日 1 连杆的设计 1.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用 1、工作情况连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动。

因此，连杆体除有上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动。

2、设计要求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，在设计时应首先保证连杆具有在足够的疲劳强度和结构钢度。

如果强度缺乏，就会发生连杆螺栓、大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。

所以设计连杆的一个主要要求是在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度和强度。

为此，必须选用高强度的材料；合理的结构形状和尺寸。

3、材料的选择为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，采用精选含碳量的优质中碳结构钢45模锻，外表喷丸强化处理，提高强度。

1.2 连杆长度确实定设计连杆时首先要确定连杆大小头孔间的距离，即连杆长度它通常是用连杆比来说明的，通常0.3125，取，，那么。

1.3 连杆小头的结构设计与强度、刚度计算 1、连杆小头的结构设计连杆小头主要结构尺寸如图1所示。

为了改善磨损，小头孔中以一定过盈量压入耐磨衬套，衬套大多用耐磨锡青铜铸造，这种衬套的厚度一般为，取，那么小头孔直径，小头外径，取。

2、连杆小头的强度校核以过盈压入连杆小头的衬套，使小头断面承受拉伸压力。

假设衬套材料的膨胀系数比连杆材料的大，那么随工作时温度升高，过盈增大，小头断面中的应力也增大。

此外，连杆小头在工作中还承受活塞组惯性力的拉伸和扣除惯性力后气压力的压缩，可见工作载荷具有交变性。

上述载荷的联合作用可能使连杆小头及其杆身过渡处产生疲劳破坏，故必须进行疲劳强度计算。

图1 连杆小头主要结果尺寸（1）衬套过盈配合的预紧力及温度升高引起的应力计算时把连杆小头和衬套当作两个过盈配合的圆筒，那么在两零件的配合外表，由于压入过盈及受热膨胀，小头所受的径向压力为：（1）式中：—衬套压入时的过盈，；一般青铜衬套，取，其中：—工作后小头温升,约；—连杆材料的线膨胀系数，对于钢；—衬套材料的线膨胀系数，对于青铜；、—连杆材料与衬套材料的伯桑系数，可取；—连杆材料的弹性模数，钢[10]；—衬套材料的弹性模数，青铜；计算小头承受的径向压力为：由径向均布力引起小头外侧及内侧纤维上的应力，可按厚壁筒公式计算，外外表应力（2）内外表应力（3）的允许值一般为，校核合格。

机械设计基础大作业计算说明书题目：平面连杆机构设计学院：材料学院班号：学号：姓名：日期：2014年9月30日哈尔滨工业大学机械设计基础大作业任务书题目：平面连杆机构设计设计原始数据及要求：3l (mm )=6030ψ=︒1.2K = 60CDA ∠=︒目录1设计题目 (1)2设计原始数据 (1)3设计计算说明书 (1)3.1计算极位夹角θ (1)3.2设计制图 (1)γ (2)3.3验算最小传动角4参考文献 (2)1 设计题目平面连杆机构的图解法设计2 设计原始数据设计一曲柄摇杆机构。

已知摇杆长度3l ，摆角ψ ，摇杆的行程速比系数K ，要求摇杆CD 靠近曲柄回转中心A 一侧的极限位置与机架间的夹角为CDA ∠ ，试用图解法设其余三杆的长度，并检验（测量或计算）机构的最小传动角γ 。

3l (mm )=60 30ψ=︒1.2K = 60CDA ∠=︒3 设计计算说明书3.1 计算极位夹角θ 极位夹角11801K K θ-=︒+ 代入数值 1.211800.09118016.41.21θ-=︒=︒=︒+ 3.2 设计制图3.2.1 在图纸上取一点作为D 点，从D 点垂直向上引出一条长为60mm 的线段，终点为2C ；3.2.2 从D 点在2C D 左侧引出一条与2C D 夹角为30︒的射线；3.2.3 以D 点为圆心，以2C D 为半径画圆，与射线交于点1C ；3.2.4 分别从1C 、2C 两点向下引两条射线，射线与12C C 夹角为73.6︒，两射线交于O 点，O 点即为曲柄的回转中心；3.2.5 以O 点为圆心以1OC 为半径画圆；3.2.6 过点D 向左侧引出一条射线，射线与1C D 夹角60︒，与圆交于点A ；3.2.7 连接1AC ，2AC 并量取其长度，以12||AC AC l l - 为半径画圆，直线1AC ，2AC 与圆的交点分别为1B ，2B ；3.2.8 在图中量取112AB mm =，1170B C mm = ，57AD mm =3.3 验算最小传动角γ3.3.1 在1C 处根据余弦定理2222221111586057cos 0.534225860AC C D AD AC C D γ+-+-=== 57.7γ=︒3.3.2 在2C 处根据余弦定理2222222222826057cos 0.722228257AC C D AD AC C D γ+-+-=== 43.8γ=︒所以最小传动角43.8γ=︒4 参考文献[1]宋宝玉，王瑜，张锋主编.机械设计基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版，2010.[2]王瑜主编.机械设计基础大作业指导书.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2014.。

1 绪论1.1 课题背景平面连杆机构在重型机械、纺织机械、食品机械、包装机械、农业机械中都有广泛的应用。

但是要在尽可能短的时间内设计出一个满足多种性能要求的机构却不是一件很容易的事情。

过去人们已建立了一些四杆机构的设计方法，然而这些方法与工程设计的要求还有一段距离，常常花费很多时间却只得到一个不可行的设计方案。

因为机构的运动性能如急回特性K，压力角α，从动件的摆角Ψ，极位夹角θ与构件尺寸有关，本身的这些运动性能之间也都相互影响，比如，四杆机构中，从动件急回特性K完全取决于极位夹角θ的作用。

本篇论文主要研究工程中应用比较多的Ⅰ、Ⅱ曲柄摇杆机构的传动角γ，极位夹角θ与机构尺寸之间的关系，然后运用工程分析软件ADAMS针对机构进行运动学分析，从而能给出设计平面四杆机构时为保证有较好的特性时，选取构件尺寸的建议。

进而为工程应用提供依据。

1.2 平面四杆机构的基本型式平面四杆机构可分为铰链四杆机构和含有移动副的四杆机构。

其中只有转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构[1]。

在铰链四杆机构中，能作整周回转的称为曲柄，只能在一定角度范围内摆动的称为摇杆。

由于曲柄和摇杆长度的不同，又可以将铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构[2]。

平面四杆机构最基本的型式为图1-1所示的曲柄摇杆机构。

图1-1中，AD为机架，AB和DC为连架杆。

其中构件AB能绕其固定铰链中心A作整周转动而称为曲柄。

构件DC只能绕其固定铰链中心D在一定范围内往复摆动而称为摇杆。

构件BC不与机架直接相联而仅仅连接两连架杆AB和DC，因而称为连杆。

连杆机构正是因为连杆的存在而得名[3]。

图1.1 曲柄摇杆机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构[4]。

图1-2中，AD为机架，AB和DC为曲柄。

其中构件AB、DC能绕其固定铰链中心A、D作整周转动而称为曲柄。

若两对边构件长度相等且平行，则称为正平行四边形机构。

图1.2 双曲柄机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构[5]。

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y连杆机构设计设计说明书课程名称：机械原理设计题目：连杆机构设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：哈尔滨工业大学大作业1 连杆机构运动分析25题：如图1-25所示机构，已知机构各构件的尺寸为齿轮1，齿轮2，齿轮5的齿数分为z1=17，z2=z5=40，BC=70mm，CD=270mm，EF=80mm，DE=240mm,DG=500mm,h=160mm,齿轮1的角速度为w1=10rad/s,试求点D的轨迹及构件7上点G的位移，速度和加速度，并对计算结果进行分析。

一．机构分析:考虑到BC杆和EF杆的长及齿轮间的传动，取齿轮模数为6，BF间的距离为300mm，由此可确定AB上述机构可简化为下图中所示机构，其中BC和EF杆的角速度相等（大小相同，方向相同），所以该机构只有一个自由度。

建立如图所示的坐标系：该机构可划分为以下几个基本杆组：RRRRRRRP二.各杆组的运动分析数学模型：（1）RR:已知A点的坐标，速度，加速度和AB杆的距离l i，求B点的运动量。

位置：x B=x A+l i cosφi ; y B=x A+l i cosφi速度和加速度：dx B dt =ẋA−φil i sinφi;dx Bdt=ẋA−φil i sinφi;d2x B dt2=ẍA−φi2l i cosφi−φil i sinφi;d2x B dt2=ÿA−φi2l i sinφi+φil i cosφi（2）RRR：已知两杆杆长和两个外运动副B，D的位置，速度和加速度。

求运动副C的运动量和两杆的角位置，角速度和角加速度。

由x c=x B+l i cosφi =x D+l j cosφj; （1）y c=y B+l i sinφi =y D+l j sinφj;（2）可得φi =2arctan B0±√A20+B20−C20A0+C0(B0=2l i(y D−y B)，C0=l i2+l BD2−l j2) （B，C，D逆时针排列时取负号，反之取正号）由此可求得x c，y c，之后可以得到φj。

连杆是汽车发动机主要的传动机构之一，它将活塞与曲轴连接起来，把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动可逆的转化为曲轴的回转运动，以输出功率。

是为发动机提供安全可靠、经久耐用、节省能源、满足功用的一个重要零件，它对开发轻型、高速、大功率的柴油机有着密切的关系。

因此，连杆的合理结构设计、加工工艺性设计，保证连杆的加工质量，提高生产效率有这重要意义，它是保证柴油机产品质量的关键所在。

此说明书，对连杆零件进行了详细的分析。

设计出了零件加工的工艺规程。

在工艺规程中涉及到了连杆加工的加工工艺，加工设备的选择，加工余量的确定，毛坯的确定，机床、刀具的确定，夹具的设计一系列与连杆加工有紧密联系的因素。

通过对此次设计，学会对中等难度零件的工艺编制，及其特定工序的夹具设计。

关键词：工艺；毛坯；夹具。

ABSTRACTThe connecting rod module is in the diesel engine essential movement power transmission component. It is affects the gas physical strengthand so on each kind of strength transmits on the piston gives the crank, also transforms the crank rotary motion into the piston reciprocal motion part. Is safely provides reliable, durable, the economical energy, satisfied function important components for the engine, it to develops lightly, is high speed, the high efficiency diesel engine has close relationship. Therefore, the connecting rod reasonable structural design, the processing technology capability design, guaranteed the connecting rod the processing quality, enhances the production efficiency to have this vital significance, it is guaranteed the diesel engine product quality the key is at. This instruction book let, has carried on the detailed analysis to the connecting rod components.Designed the components processing technological process. A series of involved the processing craft in the technological process which the connecting rod processed, the processing equipment choice, the processing remainder determination,the semifinished materials determination, the engine bed, the cutting tool determination, the jig design with the connecting rod processing had the close relation the factor.By the endtime of the densign,learn the technics weave of medium difficultry part,and the holding design of the especially working procedure.Key words:roughcast; craft; jig目录目录绪论 (1)1. 零件的工艺分析 (2)1.1 连杆的工作情况 (2)1.2 连杆的结构特点 (2)1.3 连杆机械加工的主要技术要求 (3)2. 毛坯的确定 (4)2.1生产类型的确定 (4)2.2 材料的选择 (4)2.3 毛坯种类与方法的确定 (4)2.4 确定毛坯尺寸公差和加工余量 (4)2.5 毛坯主要加工表面的尺寸及公差的确定 (6)3. 连杆工艺规程的编制 (7)3.1 定位基准的选择 (7)3.2 拟订工艺路线 (7)3.2.1选择表面加工方法 (7)3.2.2加工阶段的划分 (8)3.2.3加工工序的顺序安排 (8)3.2.4机械加工余量、工序尺寸及其公差的确定 (11)3.2.5加工设备与工艺装备的选择 (22)4. 夹具设计 (26)4.1 夹具体材料及制造方法 (26)4.2 夹具体结构设计 (26)4.3 定位分析与定位误差计算 (26)4.4 导向元件的设计 (26)4.5 螺栓、垫圈选择 (27)4.6 夹具的工作原理 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)文献综述绪论绪论本课题研究的主要內容是连杆加工工艺过程的编制以及在加工中用到的一些典型夹具的设计。

ZL40装载机反转连杆机构工作装置的设计1 装载机工作装置介绍装载机的工作装置是由铲斗、升降动臂的液压缸、连杆机构组成，用以完成铲掘、装载作业。

对中小型装载机，一般还常配有可以更换的工作装置，以适应多种作业的需要。

装载机工作装置应满足如下要求：1.铲斗的运动轨迹符合作业要求，即要满足铲掘、装载的要求；2.要满足卸载高度和卸载距离的要求，并保证动臂在任何位置都能卸净铲斗中的物料；3.在满足作业要求的前提下，工作装置结构简单，自重轻、受力合理、强度高；4.保证驾驶员具有良好的工作条件，确保工作安全，视野良好，操作简单和维修方便。

原始的装载机工作装置如图1—1所示，铲斗与动臂固定，若转斗液压缸不动，当动臂提升时，铲斗和动臂一起绕着定点转动，斗的倾角随着动臂转角的增大而增大，使斗中物料撒落，为使物料不撒落，要求动臂举升时，铲斗应相对动臂向前倾，以补偿铲斗随动臂转动所引起的后倾，实现铲斗接近平移运动。

这样的运动通常是由连杆机构来实现。

图1—2所示，为一个由机架、动臂拉杆和框架（斗）组成的工作装置连杆机构，动臂和拉杆的一端与车架铰接，另一端则与框架铰接。

斗和斗液压缸固定在框架上。

动臂举升时，动臂与机架的夹角α改变，引起框架和动臂的夹角ß改变，由于斗装在框架上，故斗相对于动臂产生了转动。

动臂举升时，斗在空间的运动，可以为斗跟随动臂一起绕定点转动的牵连运动和相对动臂转动的相对运动的合成。

若动臂转角△α（即斗的牵连运动），通过连杆机构使框架（斗）相对于动臂转动△ß（斗的相对运动），则斗在空间的实际转角为：△γ=△α+△ß若△α≈-△ß，则△γ≈0，即使动臂在举升时，斗在空间基本上无转角变化。

2 铲斗的设计2.1 铲斗的介绍铲斗是铲装物料的工具，它的斗型与结构是否合理，直接影响装载机的生产率，在设计工作装置连杆之前，首先要确定铲斗的几何形状和尺寸，因为它与连杆机构的设计有密切的关系。

连杆课程设计说明书院别：能源与动力工程学院专业：热能与动力工程班级：新能源1002姓名：学号：指导教师：潘剑锋2014年1月前言随着生活水平的提高，人们为了出行方便，汽车的性能要求也越来越高。

而提高发动机性能，一方面可以降低噪音，增强发动机效率；另一方面也可以节约能源，有利于环保。

连杆作为发动机活塞运动的主要部件，它把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体，连杆在工作过程中始终承受着剧烈的动载荷作用。

这就对其性能有极高的要求。

而连杆的强度与任性也是决定发动机性能的因素之一。

为了保证连杆的疲劳强度，要求连杆的材料要具有良好的综合力学性能及工艺性能。

以往连杆材料几乎普遍采用碳素调质钢和合金调质钢，20世纪70年代由于石油危机，为节省能源，欧美和日本开始大量应用非调质钢，并取得很大的进展。

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用材料及制造技术的研究都非常重视。

在满足性能指标的前提下，连杆的材料和制造技术关联很大，非调质钢的应用就是考虑节省调质工序。

近年来，采取裂解连杆体和连杆盖分界面技术可以大幅度地减少机械加工工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调质钢和粉末冶金锻件，以满足工艺的需要。

目录前言 (2)—设计任务— (4)一、连杆概况 (4)1、连杆结构特点 (4)2、工作工作环境 (5)3、连杆设计要求 (5)二、三维建模 (6)1、二维图纸 (6)2、UG三维建模模型 (6)三、基于ANSYS对连杆有限元分析 (7)1、材料性能参数确定： (7)2、导入连杆三维模型 (7)3、设置单元属性 (7)4、网格划分 (8)5、设置载荷和约束 (9)6、求解及结论分析 (10)1）位移变化图 (10)2）应力应变结果图 (10)四、课程设计总结： (12)五、参考文献 (13)—设计任务—设计任务1、分析连杆工作环境，性能要求以及材料等；2、根据图纸进行三维实体建模；3、对模型进行有限元分析；4、根据有限元分析的结果进行强度分析。

摘要本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。

首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。

其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。

再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。

仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。

关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/EABSTRACTThis article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism.First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine.Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (1)1.3 设计研究的主要内容 (3)第2章曲柄连杆机构受力分析 (4)2.1 曲柄连杆机构的类型及方案选择 (4)2.2 曲柄连杆机构运动学 (4)2.1.1 活塞位移 (5)2.1.2 活塞的速度 (6)2.1.3 活塞的加速度 (6)2.2 曲柄连杆机构中的作用力 (7)2.2.1 气缸内工质的作用力 (7)2.2.2 机构的惯性力 (7)2.3 本章小结 (14)第3章活塞组的设计 (15)3.1 活塞的设计 (15)3.1.1 活塞的工作条件和设计要求 (15)3.1.2 活塞的材料 (16)3.1.3 活塞头部的设计 (16)3.1.4 活塞裙部的设计 (21)3.2 活塞销的设计 (23)3.2.1 活塞销的结构、材料 (23)3.2.2 活塞销强度和刚度计算 (23)3.3 活塞销座 (24)3.3.1 活塞销座结构设计 (24)3.3.2 验算比压力 (24)3.4 活塞环设计及计算 (25)3.4.1 活塞环形状及主要尺寸设计 (25)3.4.2 活塞环强度校核 (25)3.5 本章小结 (26)第4章连杆组的设计 (27)4.1 连杆的设计 (27)4.1.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用 (27)4.1.2 连杆长度的确定 (27)4.1.3 连杆小头的结构设计与强度、刚度计算 (27)4.1.4 连杆杆身的结构设计与强度计算 (30)4.1.5 连杆大头的结构设计与强度、刚度计算 (33)4.2 连杆螺栓的设计 (35)4.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力 (35)4.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 (35)4.3 本章小结 (36)第5章曲轴的设计 (37)5.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (37)5.1.1 曲轴的工作条件和设计要求 (37)5.1.2 曲轴的结构型式 (37)5.1.3 曲轴的材料 (37)5.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (38)5.2.1 曲柄销的直径和长度 (38)5.2.2 主轴颈的直径和长度 (38)5.2.3 曲柄 (39)5.2.4 平衡重 (39)5.2.5 油孔的位置和尺寸 (40)5.2.6 曲轴两端的结构 (40)5.2.7 曲轴的止推 (40)5.3 曲轴的疲劳强度校核 (41)5.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩 (41)5.3.2 名义应力的计算 (45)5.4 本章小结 (47)第6章曲柄连杆机构的创建 (48)6.1 对Pro/E软件基本功能的介绍 (48)6.2 活塞的创建 (48)6.2.1 活塞的特点分析 (48)6.2.2 活塞的建模思路 (48)6.2.3 活塞的建模步骤 (49)6.3 连杆的创建 (50)6.3.1 连杆的特点分析 (50)6.3.2 连杆的建模思路 (50)6.3.3 连杆体的建模步骤 (51)6.3.4 连杆盖的建模 (52)6.4 曲轴的创建 (52)6.4.1 曲轴的特点分析 (52)6.4.2 曲轴的建模思路 (52)6.4.3 曲轴的建模步骤 (53)6.5 曲柄连杆机构其它零件的创建 (55)6.5.1 活塞销的创建 (55)6.5.2 活塞销卡环的创建 (55)6.5.3 连杆小头衬套的创建 (55)6.5.4 大头轴瓦的创建 (55)6.5.5 连杆螺栓的创建 (56)6.6 本章小结 (56)第7章曲柄连杆机构运动分析 (57)7.1 活塞及连杆的装配 (57)7.1.1 组件装配的分析与思路 (57)7.1.2 活塞组件装配步骤 (57)7.1.3 连杆组件的装配步骤 (58)7.2 定义曲轴连杆的连接 (59)7.3 定义伺服电动机 (60)7.4 建立运动分析 (60)7.5 进行干涉检验与视频制作 (61)7.6 获取分析结果 (62)7.7 对结果的分析 (64)7.8 本章小结 (64)结论 (65)参考文献 (66)致谢 (67)附录 (68)第1章绪论1.1 选题的目的和意义曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。

曲柄连杆机构结构设计第1章绪论1.1 选题的目的和意义曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。

因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。

随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。

在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。

通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。

在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。

为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时的，高精度的动力学响应分析与计算，因此本研究所采用的高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具有重要意义，而且可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，对进一步研究发动机的平衡与振动、发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。

1.2 国内外的研究现状多刚体动力学模拟是近十年发展起来的机械计算机模拟技术，提供了在设计过程中对设计方案进行分析和优化的有效手段，在机械设计领域获得越来越广泛的应用。

它是利用计算机建造的模型对实际系统进行实验研究，将分析的方法用于模拟实验，充分利用已有的基本物理原理，采用与实际物理系统实验相似的研究方法，在计算机上运行仿真实验。

目前多刚体动力学模拟软件主要有Pro/Mechanics，Working model 3D，ADAMS等。

多刚体动力学模拟软件的最大优点在于分析过程中无需编写复杂仿真程序，在产品的设计分析时无需进行样机的生产和试验。

连杆设计说明书课程设计要求：课程设计要求：1.了解活塞、连杆、曲轴的设计基准、工艺基准、和加工基准。

2.正确的表达零件的形状，合理布置试图。

3.正确理解和标注尺寸公差和形位公差。

4.能读懂图样上的技术要求。

5.正确编写课程设计说明书。

6.熟练掌握AutoCAD 绘制工程图纸。

连杆的作用连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

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。

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。

常用的减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。

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。

例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。

连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。

连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其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以输出功率。

连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。

因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。

它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。

连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。

通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。

连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。

传统连杆加工工艺中其材料一般采用45 钢、40Ｃr 或40MnB 等调质钢。

连杆组连杆组包括连杆体、连杆盖、小头衬套、连杆瓦、连杆螺栓、连杆螺母等。

在三维造型时，可以将连杆体、盖、螺栓等作为一体，因小头衬套材料为铜铅合金，可以分开造型，然后组装成一体进行分析。