бac={2M₂c（6 r_m +h）/[h（2 r_m +h）]+kN₂c }/ah

    ={2×（-8024.24）×（6×17.67+4.2）/[4.2×（2×17.67+4.2）]+0.795×554}/（31.55×4.2）

=-54.88 N/mm²

бic={2M₂c（6 r_m -h）/[h（2 r_m -h）]+kN₂c }/ah

    ={2×（-8024.24）×（6×17.67-4.2）/[4.2×（2×17.67-4.2）]+0.99×1109.7}/（31.55×4.2）

=38.365 N/mm²

2.4.1.5.小头的疲劳强度安全系数

(1) 固定角Ф断面m—n是连杆小头强度最薄弱处，而且在多数情况下，外侧纤维上的m点应力变化幅度最大，因而也是最危险的。但有时是内纤维上的n点最危险，所以一般要验算这两点的疲劳安全系数。

危险点的极限应力：

m点：            n点：

则m点：   бmax=бao+бaj=140.42+47.3=187.72N/mm²

           бmin =бao+бac=140.42-54.88=95.54 N/mm²

应力幅： бa=(бmax-бmin)/2=(187.72-95.54)/2=46.09 N/mm²

平均应力：бm=(бmax+бmin)/2=(187.72+95.54)/2=141.63N/mm²   

       n点：    бmax=бio+бic=183.48+38.365=221.845 N/mm²

         бmax=бao+бac=140.42-54.88=195.3N/mm²

       应力幅：  бa=(бmax-бmin)/2=(221.845-195.3)/2=13.48 N/mm²

平均应力：бm=(бmax+бmin)/2=(221.845+195.3)/2=208  N/mm²

(2) 小头安全系数（m点或n点）

式中： —材料在对称循环下的拉压疲劳极限,碳钢 =2.0～2.5 10²N/mm²,合金钢 =2.5～3.5 10²N/mm²，此处取3.5 10²N/mm²；

—工艺系数， =0.4～0.6， 取 =0.6

—角系数, 此处取0.28

 

考虑到连杆工作中由于偏斜引起的压力沿轴向分布不均匀及活塞卡缸可能性，一般取[n]=1.5～2.5,在此处取最小值[n]=1.5

m点： 3.0>[n]=1.5

       故：小头外表面处的疲劳强度符合要求；

n点： 4.37>[n]=1.5

  故：小头内表面处的疲劳强度设计符合要求。

综合知，小头的疲劳强度设计符合要求。

2.4.1.6连杆小端的刚度校核

当连杆小头与浮式活塞销相配时，小头必须有足够的刚度，以免因小头变形过大影响轴承间隙，使活塞销与衬套互相咬死。

由拉伸载荷引起的小头横向直径收缩量：

式中： —小头平均直径， mm

—小头间隙， =0.12mm;

I—小头断面的惯性矩 ， =31.55 4.2³/12=194.76 mm

B₁—小头宽度，B=31.55mm；   h—断面高,h=4.2mm;

即：б={4772.8 35.32² （120-90）²  /（10⁶ 2.2 10⁵ 194.79）}

=0.004㎜< △/2=0.06mm

故：连杆小端的刚度设计符合要求。

综合上面的疲劳强度与刚度校核，知小头的设计合格。

2.4.1.7连杆杆身的结构设计及强度计算

(1). 由最大拉伸力Pj引起的拉伸应力σj：

σj=Pj/fm

式中：fm—I—I断面积，现代柴油机fm/Fp=0.03～0.05，此处取0.04，Fp为活塞面积；

fm =0.04× 0.04×3.14 87²   /4=363.3㎜

即：σj=Pj/fm=5802.05/363.3=15.97 N/㎜

 

(2). 压缩应力σc

由最大压缩应力Pc引起的压缩应力造成的合成应力。

在摆动平面Y—Y内的合成应力：

在垂直摆动平面的平面X—X内的合成应力：

式中：C—系数，C=0.0003～0.0004，此处取0.0004

Ix—计算平面内对垂直于摆动平面的轴线的惯性矩

=[16.15×25.23 -（16.15-5.8）×4.2 ]/12= 211550.49㎜

Iy—计算断面对于摆动平面的轴线的惯性矩

=[（25.23-4.2）×16.15 +4.2×5.8 ]/12=7384㎜

B—杆身宽度，B=16.15㎜，H=25.23㎜，h=4.2㎜，t=5.8㎜；

L—连杆长，L=r/λ=45.5/0.288=158㎜

σ1=0.00035×158²   /21550.49）×47672.94/263.3+47672.94/263.3

= 200 N/㎜

σ2=0.00035 115.9²   /4×7384.06×47672.94+47672.94/263.3

= 118.65 N/㎜

(3). 疲劳安全系数n

Y—Y平面内： =200N/㎜ ， =19.57N/mm²

应力幅：бa=(бmax-бmin)/2=(200-19.57)/2=90.2N/mm²

平均应力： бm=(бmax+бmin)/2=(200+19.57)/2=109.78 N/mm²

所以： 1.94>[n]=1.5

 故：连杆杆身在Y—Y平面内设计符合使用要求；

X—X平面内： =200 N/㎜ ， =19.57 N/mm²

应力幅：бa=(бmax-бmin)/2=(200-19.57)/2=90.2 N/mm²

平均应力：бm=(бmax+бmin)/2=(200+19.57)/2= 109.78 N/mm²

所以： 1.94>[n]=1.5

故：连杆杆身在X—X平面内设计合格；

综合X—X和Y—Y平面的疲劳安全系数校核，知连杆杆身设计合格。

2.4.1.8.连杆大头的结构设计及强度、刚度计算

 (1).大头盖的强度校核

由于形状复杂，一般只对大头盖的强度作比较性的校核计算，连杆受压时，大头盖基本不受力，而在进气冲程开始的上止点，受到最大惯性力Pj″的拉伸：

式中：活塞组的质量 =1.1㎏，连杆往复部分的质量 =0.22㎏，旋转部分的质量 =0.951㎏，连杆大头质量的质量 =0.592㎏，其 详细数据见附录表。

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