CN202673982U - 一种小头带铜套的发动机粉锻连杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小头带铜套的发动机粉锻连杆，包括连杆(1)和衬套(2)，其特征在于：连杆(1)采用粉末冶金材料，衬套(2)采用铸造锡青铜材料，连杆(1)和衬套(2)在高温锻造时结合于一体，并在后续通过胀管机进行胀紧处理。本实用新型发动机连杆与衬套的装配结构提高了衬套装配的一次性成功率，装配质量可靠，并且可以进行批量化生产，提高了生产效率，节约了生产成本等。

Description

一种小头带铜套的发动机粉锻连杆

技术领域

本实用新型涉及一种小头带铜套的发动机粉锻连杆。

背景技术

现代发动机中连杆和活塞销多数是钢件，在活塞销与连杆小头之间采用全浮式连接时，通常在连杆小头孔内以一定的过盈量压入减磨青铜衬套或铁基粉末冶金衬套，用以减小磨损和提高使用寿命。由于装有连杆衬套，在维修时，只需更换磨损的衬套即可，既经济又简便。

目前，国内以传统的铜基合金、高锡铝基合金轴承(AlSn20Cu)广泛应用于高速、重载的发动机轴承中。其中，锡青铜材料因其在高承载时不易产生破裂等优点，而较多的被研究及应用。一些学者通过研究分析测试后得知，锡青铜具有较好的塑性变形能力，而通过旋压这种表面强化工艺方法加工后，强度有了大幅度的提高。通过控制退火温度可获得良好的综合力学性能，并有较高的表面硬度，完全能满足高速柴油机对连杆衬套的要求。

随着汽车发动机向着高转速、高负荷的方向发展，国内外已开始采用双金属铜基卷制衬套，因为具有较高的强度和刚性的钢作为衬背，内层采用具有良好耐磨性的锡青铜做衬层，从而大大提高了连杆衬套的抗冲击能力、承载能力以及耐高温能力、耐磨性和工作寿命。

连杆衬套装配技术

目前较常用的过盈装配方法有常温装配法和变温装配法，具体介绍如：

1.1、常温装配法

常温装配法是在常温下利用外力将被包容零件装配进包容零件内，一般分为动压力法和静压力法。

(1)锤击法(动压力法)

利用锤头的冲击压力将衬套打入壳体，且无需专用设备，简单灵活。缺点是工件受力不均匀，工作粗暴，容易造成局部塑性变形甚至破坏，在配合过盈较大时无法保证装配质量。

(2)静压力法

利用液体或螺旋的静压力将衬套缓缓压入壳体。例如利用油压机，螺杆压力机压装衬套。其特点是受力均匀，工作平稳，装配质量较好，但为了获得较高的压力，必须制造费用昂贵的设备。

过去一般采用常温装配法，但在实际情况下，零件的表面是不可能绝对光滑的，总有不同大小的微观不平度。如果对衬套进行常温压配时，其表面粗糙度的峰值会被挤压掉，使接触表面发生表面损伤，即有一部分过盈量要被刮削掉，使压配后的过盈量小于未装配时的过盈量，这样，实际过盈量就发生了变化。

同时，当衬套压入连杆内孔后，其外圆柱面和连杆小头孔之间存在着很大的径向压力，衬套由于受压，内孔将产生收缩变形，造成衬套内孔与活塞销的配合间隙发生变化，改变了原来间隙的配合性质，甚至造成装配困难。

所以，一般需要较大过盈量装配时，应避免采用常温装配法，而采用变温装配法。

1.2、变温装配法

变温装配法是将孔加热或将轴冷却法。直径较大或过盈量较大时，如果在常温下装配可能会引起零件损坏，在这种情况下应采用加热包容零件或冷却被包容零件的方法进行装配，使过盈量在短时间内减少或形成间隙，方便零件的装配。当零件恢复常温后，产生设计的过盈量，其紧固程度比常温下压入的要高。

(1)加热法

利用金属材料受热膨胀和遇冷收缩且线膨胀系数较大的特点，将连杆小头加热至一定温度后装入衬套，装入时为间隙配合状况，无须加压，待壳体冷却收缩后变为过盈配合状态。常用的加热方法有油煮、烘房加热以及电加热等。

(2)冷却法

在壳体加热困难而衬套尺寸较小时，可以采用将衬套冷冻收缩后装入的方法。常用的制冷剂有：固态二氧化碳(-75℃)，液氨(-120℃)，液态氮气(-180℃)。

目前连杆衬套装配技术主要应用液氮冷装技术，即在液氮冷却下进行装配。冷装使衬套组织细化，应力重新分布且变的更为均匀，还中和掉了加工时残留的拉伸应力，使其寿命增加。

实用新型内容

本实用新型设计了一种小头带铜套的发动机粉锻连杆，其解决的技术问题是发动机连杆与衬套现有常温装配法无法满足较大过盈量装配要求；现有加热装配法会发生加热过程中可能产生的热应力和热变形问题；现有冷却法存在冷装后衬套内孔收缩等问题。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案：

一种小头带铜套的发动机粉锻连杆，包括连杆(1)和衬套(2)，其特征在于：连杆(1)采用粉末冶金材料，衬套(2)采用铸造锡青铜材料，连杆(1)和衬套(2)在高温锻造时结合于一体，并在后续通过胀管机进行胀紧处理。

一种胀管机，该胀管机轴向依次为封头螺帽(34)、胀杆(33)、胀壳(32)、胀深限位套(31)以及定位螺钉(36)，胀珠(35)套在胀壳(32)上。

该小头带铜套的发动机粉锻连杆与传统小头带铜套的发动机粉锻连杆相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型发动机连杆与衬套的装配结构提高了衬套装配的一次性成功率，装配质量可靠，并且可以进行批量化生产，提高了生产效率，节约了生产成本等。

(2)与传统锤击法比较，本实用新型装配过程受力比较均匀，不会造成衬套局部变形过大甚至破坏，并且对配合过盈量较大时也适用。

(3)与压力机压装衬套相比，本实用新型所使用胀管机价格低，操作方便。

(4)与热装衬套法相比，本实用新型不会发生加热过程中可能产生的热应力和热变形问题，并且一次性装配成功率高。

(5)与液氮冷装相比，本实用新型不存在冷装后衬套内孔收缩等问题，能更好的控制衬套和活塞销之间的配合间隙。

附图说明

图1：本实用新型小头带铜套的发动机粉锻连杆结构示意图I；

图2：本实用新型小头带铜套的发动机粉锻连杆结构示意图II；

图3：本实用新型胀管机的结构示意图；

图4：本实用新型中连杆及衬套应力应变示意图。

附图标记说明：

1-连杆小头；2-衬套；3-膨胀力；31-胀深限位套；32-胀壳；33-胀杆；34-封头螺帽；35-胀珠；36-定位螺钉。

具体实施方式

下面结合图1至图4，对本实用新型做进一步说明：

如图1和图2所示，一种小头带铜套的发动机粉锻连杆，包括连杆1和衬套2，衬套2在高温锻造连杆1时锻入连杆1中，连杆1采用粉末冶金材料，衬套2采用铸造锡青铜材料，连杆1和衬套2通过胀管机进行胀紧处理。

1、连杆1采用铁基粉末冶金材料，衬套2采用铸造锡青铜材料，其材料性能如下表1：

表1 连杆及衬套材料的力学性能

2、初始状态下，连杆孔内径与衬套外径之间约有其直径0.1％的微小间隙。

如图3所示，一种胀管机，该胀管机轴向依次为封头螺帽34、胀杆33、胀壳32、胀深限位套31以及定位螺钉36，胀珠35套在胀壳32上。与压力机压装衬套相比，本实用新型所使用胀管机价格低，操作方便。

如图4所示，本实用新型发动机连杆与衬套的装配结构工作原理如下：

AB曲线表示连杆材料的应力应变曲线，ab曲线表示衬套材料的应力应变曲线。图中X点位置表示衬套材料的屈服点，Y点位置为连杆材料的屈服点，P点表示介于两者之间的某一点。

在连杆孔内施加一定的胀紧力后，连杆小头及衬套产生径向的变形，如图所示，连杆小头沿其材料σ-ε曲线上A-B方向发生变形，衬套沿其材料σ-ε曲线上a-b方向发生变形。

当胀紧力增加到如图4所示的P点位置后(这个力的大小通过仿真和试验来确定)，去除胀紧力3。此时，铁基连杆1尚处在弹性变形范围内，而锡青铜衬套2已经发生了不可逆转的塑性变形。所以，连杆1小头沿其材料σ-ε曲线上B-A方向恢复形变，衬套则因产生了塑性变形而沿其材料σ-ε曲线上c-d方向恢复部分形变。

由图4可知，衬套2最终产生的应变大于连杆1小头孔的应变，所以连杆1小头孔会对衬套产生一定的挤压力作用，这个力的大小可以使连杆小头和衬套紧密的贴合在一起，从而实现连杆1小头与衬套2之间的过盈装配。

1、衬套过盈模拟计算方法：

(1)建立连杆小头及衬套的实体模型；

考虑到连杆小头及衬套的对称性，可以取连杆小头和衬套的四分之一作为有限元分析计算的几何模型。

(2)对实体模型进行六面体网格的划分。

(3)设置连杆及衬套的材料属性.

材料的弹性参数和的塑性参数，见下表2和表3。

表2 连杆及衬套的弹性参数

表3 衬套的塑性参数

真实应力(MPa)	塑性应变
		190	0
225	0.0020
		250	0.0043
270	0.0061
		300	0.012
310	0.015
		340	0.023
355	0.032
		365	0.039
380	0.049
		395	0.057
410	0.065
		420	0.072
450	0.10
		500	0.15

(4)连杆小头孔内表面与衬套外表面进行接触定义，因两接触面之间比较光滑且摩擦系数对接触面间的应力影响较小，本分析中指定接触面之间的摩擦系数为0.2。

(5)在衬套内表面上施加径向的压力(pressure)以模拟外在膨胀力；在连杆小头和衬套的剖分对称面上施加对称边界条件，连杆杆身上施加固定位移约束。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种小头带铜套的发动机粉锻连杆，包括连杆(1)和衬套(2)，其特征在于：连杆(1)采用粉末冶金材料，衬套(2)采用铸造锡青铜材料，连杆(1)和衬套(2)在高温锻造时结合于一体，并在后续通过胀管机进行胀紧处理。

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