CN215928100U - 一种发动机连杆与一种发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机连杆与一种发动机，属于发动机技术领域，发动机连杆包括连杆杆身，连杆杆身的两端之间的局部区域为镂空区域，镂空区域内沿连杆杆身的厚度方向填充有至少一层负泊松比结构填充层，负泊松比结构填充层包括多个内凹多边形基础单元结构，多个内凹多边形基础单元结构沿连杆杆身的宽度方向和长度方向依次连接排布并形成网格状的负泊松比结构填充层。本方案能够大大减轻连杆重量，实现零件轻量化设计，进而有助于提高发动机的效率，满足发动机的高功重比的要求；且内凹多边形基础单元结构具有吸收能量的功能，能够降低发动机运行过程中高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力对连杆造成的损伤，延长连杆及发动机的使用寿命。

Description

一种发动机连杆与一种发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机连杆与一种发动机。

背景技术

发动机作为一种动力部件，广泛应用于各种技术领域，例如汽车、飞机、发电、自动化等。随着科技的进步，发动机的应用场景越来越多，各种具体应用场景对发动机的设计制造也提出了不同的要求。在无人机技术领域中，为了满足无人机用发动机的高功重比的要求，设计人员需要不断地降低发动机的重量，同时还要兼顾发动机的减振性能和工作效率等。

发动机连杆作为发动机中的高频运动部件，在工作中需要承受高频的周期性冲击力、惯性力和弯曲力等，对发动机的平稳运行影响较大，因此，连杆的结构设计是否合理直接影响了发动机能否满足高功重比的要求。

然而，现有的发动机连杆轻量化程度较低，并且抗冲击性能较差，容易受高频冲击影响而缩短连杆使用寿命，不能满足发动机高功重比的要求。

因此，如何合理设计连杆结构以使发动机满足高功重比的要求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种发动机连杆，不仅能够实现轻量化设计，而且能够提高连杆的抗冲击性，满足发动机的高功重比的要求。本实用新型的另一个目的在于提供一种包括上述发动机连杆的发动机。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种发动机连杆，包括连杆杆身，所述连杆杆身的两端之间的局部区域为镂空区域，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有至少一层负泊松比结构填充层，所述负泊松比结构填充层包括多个内凹多边形基础单元结构，多个所述内凹多边形基础单元结构沿所述连杆杆身的宽度方向和长度方向依次连接排布并形成网格状的所述负泊松比结构填充层。

优选地，所述连杆杆身的一端为用于与活塞连接的连杆小头且另一端为用于与曲轴连接的连杆大头，所述镂空区域在沿所述连杆小头至所述连杆大头的方向上的宽度逐渐变大。

优选地，所述镂空区域呈梯形区域。

优选地，所述镂空区域呈等腰梯形区域。

优选地，所述镂空区域朝向所述连杆小头一端的宽度为朝向所述连杆大头一端的宽度的1/3～1/2。

优选地，所述内凹多边形基础单元结构的内凹侧朝向所述连杆杆身的端部。

优选地，所述内凹多边形基础单元结构为内凹四边形结构。

优选地，所述内凹四边形结构的内凹侧的内凹角度大于等于90°且小于180°。

优选地，所述内凹四边形结构的内凹侧的两条邻边长度相等，且所述内凹四边形结构的其余两条邻边的长度也相等。

优选地，所述负泊松比结构填充层包括多个第一内凹四边形结构和多个第二内凹四边形结构，所述第一内凹四边形结构的内凹侧朝向所述连杆杆身的一端且所述第二内凹四边形结构的内凹侧朝向所述连杆杆身的另一端，所述负泊松比结构填充层包括沿所述连杆杆身的长度方向依次布置的多个填充行，每个所述填充行包括沿所述连杆杆身的宽度方向依次间隔布置的多个所述第一内凹四边形结构和多个所述第二内凹四边形结构。

优选地，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有多层所述负泊松比结构填充层，至少一层所述负泊松比结构填充层的填充行与相邻所述负泊松比结构填充层的填充行在沿所述连杆杆身的宽度和长度方向上交错布置。

优选地，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有多层所述负泊松比结构填充层，各层所述负泊松比结构填充层在沿所述连杆杆身的厚度方向的厚度相等或不等。

优选地，所述负泊松比结构填充层为增材制造加工成型的网格状结构。

优选地，所述负泊松比结构填充层的各个所述内凹多边形基础单元结构在沿所述连杆杆身的宽度方向和长度方向上均匀排布。

本实用新型提供的发动机连杆，包括连杆杆身，所述连杆杆身的两端之间的局部区域为镂空区域，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有至少一层负泊松比结构填充层，所述负泊松比结构填充层包括多个内凹多边形基础单元结构，多个所述内凹多边形基础单元结构沿所述连杆杆身的宽度方向和长度方向依次连接排布并形成网格状的所述负泊松比结构填充层。

由于本实用新型提供的发动机连杆采用了镂空设计的连杆杆身，因此，能够大大减轻连杆重量，实现零件轻量化设计，进而有助于提高发动机的效率，满足发动机的高功重比的要求；同时，本实用新型在连杆杆身的镂空区域内填充有负泊松比结构填充层，在受力时产生负泊松比效应，当连杆受到高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力时，其内凹多边形基础单元结构会在连杆宽度方向发生微小形变以吸收能量，从而降低发动机运行过程中高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力对连杆造成的损伤，延长连杆及发动机的使用寿命。

本实用新型还提供了一种包括上述发动机连杆的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述发动机连杆带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例中的发动机连杆的整体结构正视图；

图2为本实用新型具体实施例中的发动机连杆的立体结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例中的负泊松比结构填充层的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例中的内凹四边形结构的示意图；

图5为本实用新型具体实施例中的多个内凹六边形结构的拼接示意图；

图6为本实用新型具体实施例中的多个内凹八边形结构的拼接示意图。

图1至图6中的各项附图标记的含义为：

1-连杆杆身、2-连杆小头、3-连杆大头、4-负泊松比结构填充层、41-第一内凹四边形结构、42-第二内凹四边形结构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型具体实施例中的发动机连杆的整体结构正视图；图2为本实用新型具体实施例中的发动机连杆的立体结构示意图；图3为本实用新型具体实施例中的负泊松比结构填充层的结构示意图；图4为本实用新型具体实施例中的内凹四边形结构的示意图。

本实用新型提供了一种发动机连杆，包括连杆杆身1，连杆杆身1的两端之间的局部区域为镂空区域，镂空区域内沿连杆杆身1的厚度方向(如图2中所示的y方向)填充有至少一层负泊松比结构填充层4，负泊松比结构填充层4包括多个内凹多边形基础单元结构，多个内凹多边形基础单元结构沿连杆杆身1的宽度方向(如图1和图2中所示的x方向)和长度方向(如图1和图2中所示的z方向)依次连接排布并形成网格状的负泊松比结构填充层4。如图1和图2所示，连杆杆身1的主体包括实体区域和镂空区域，镂空区域可以位于连杆杆身1的中间部分，也可以位于靠近连杆杆身1的端部的部分，优选地，镂空区域位于连杆杆身1的中间部分并且其外围为实体区域，实体区域内可布置油道结构。

其中，镂空区域沿厚度方向(y方向)贯穿连杆杆身1，镂空区域内填充的负泊松比结构填充层4由多个内凹多边形基础单元结构依次连接而成，因此，镂空区域形成具有多个网眼或孔隙的网格状区域。内凹多边形基础单元结构在受到拉伸或压缩载荷时会产生负泊松比效应，具体的，在受到拉伸载荷时，其在弹性范围内结构的横向发生膨胀；而在受到压缩载荷时，结构的横向反而发生收缩。因此，负泊松比结构填充层4在连杆受到冲击、弯曲等作用力时能够起到吸收能量的效果。

需要说明的是，如图1所示，连杆杆身1的一端为连杆小头2且另一端为连杆大头3，连杆小头2用于与活塞连接，连杆大头3用于与曲轴连接。

优选地，镂空区域在沿连杆小头2至连杆大头3的方向上的宽度逐渐变大。如此设置，由于连杆大头3一端的运动幅度较大，连杆在受压缩和拉伸载荷时，可以使用负泊松比结构填充层4更好地吸收连杆冲击载荷，相较于其他形状，能够在满足性能要求的同时实现最大限度的轻量化设计。

需要说明的是，镂空区域可以设计为多种形状，例如矩形、梯形、三角形、半圆形等，或者采用多种组合形状等。优选地，本方案中的镂空区域呈梯形区域。进一步优选地，镂空区域呈等腰梯形区域，如图1所示。该等腰梯形区域的上底边朝向连杆小头2方向布置，该等腰梯形区域的下底边朝向连杆大头3方向布置。该等腰梯形区域优选设计为沿连杆杆身1的宽度方向(x方向)相对连杆杆身1的中心线呈对称结构。

进一步优选地，梯形的镂空区域朝向连杆小头2一端的宽度为朝向连杆大头3一端的宽度的1/3～1/2。

由于发动机连杆在工作时主要受到沿长度方向(z方向)的压缩和拉伸载荷，因此，为了吸收其长度方向的冲击能量，需要内凹多边形基础单元结构在受到作用力时能够沿连杆杆身1的宽度方向(x方向)发生形变，所以，本方案优选将内凹多边形基础单元结构的内凹侧朝向连杆杆身1的端部布置，以满足吸能要求。

需要说明的是，内凹多边形基础单元结构具体可以设计为内凹四边形结构或者内凹六边形结构或者内凹八边形结构等等，内凹四边形结构如图4所示，又称双箭头内凹结构，其相当于将三角形的一条边设计为向内凹的结构，其仅有一个内凹侧；内凹六边形结构相当于将四边形的两条侧边设计为向内凹的结构，其具有两个内凹侧，多个内凹六边形结构拼接排布后的结构如图5所示；内凹八边形结构，又称星型内凹结构，相当于将四边形的四条侧边均设计为向内凹的结构，其具有四个内凹侧，多个内凹八边形结构拼接排布的结构如图6所示。

优选地，本方案的内凹多边形基础单元结构采用内凹四边形结构，如图3所示，负泊松比结构填充层4由多个内凹四边形结构组成。

上述内凹四边形结构的内凹侧的内凹程度由内凹角度确定，优选地，如图4所示，内凹四边形结构的内凹侧的内凹角度θ大于等于90°且小于180°，即90°≤θ＜180°，本实用新型可以根据设计需要选定其内凹侧的内凹角度θ的具体数值。

优选地，内凹四边形结构的内凹侧的两条邻边长度相等，且内凹四边形结构的其余两条邻边的长度也相等，相当于将一个等腰三角形结构的底边由中点处向内凹陷形成的结构。

优选地，负泊松比结构填充层4包括多个第一内凹四边形结构41和多个第二内凹四边形结构42，第一内凹四边形结构41的内凹侧朝向连杆杆身1的一端且第二内凹四边形结构42的内凹侧朝向连杆杆身1的另一端，负泊松比结构填充层4包括沿连杆杆身1的长度方向依次布置的多个填充行，每个填充行包括沿连杆杆身1的宽度方向依次间隔布置的多个第一内凹四边形结构41和多个第二内凹四边形结构42。其中，每个填充行相当于包括多个正向布置的内凹四边形结构和多个逆向布置的内凹四边形结构。

优选地，镂空区域内沿连杆杆身1的厚度方向填充有多层负泊松比结构填充层4，至少一层负泊松比结构填充层4的填充行与相邻负泊松比结构填充层4的填充行在沿连杆杆身1的宽度和长度方向上交错布置。具体的，对于填充行交错布置的相邻两层负泊松比结构填充层4，其中一层的第一内凹四边形结构41与另外一层中的第二内凹四边形结构42在沿连杆杆身1的宽度方向(x方向)和长度方向(z方向)上位置对应。各相邻负泊松比结构填充层4之间均可交错排布，如此设计可以进一步提高镂空区域的抗冲击性能和强度。当连杆受到高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力时，内凹四边形结构会在连杆杆身1的宽度方向(x方向)发生收缩或膨胀从而吸收高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力产生的能量。

需要说明的是，镂空区域内可以仅填充有一层负泊松比结构填充层4，也可以沿连杆杆身1的厚度方向(y方向)填充有多层负泊松比结构填充层4，当填充有多层时，为了便于加工，各层负泊松比结构填充层在沿连杆杆身1的厚度方向(y方向)的厚度设计为相等。当然，也可以设计为厚度不等的多层结构，本文不再赘述。

需要说明的是，负泊松比结构填充层4可以通过多种加工工艺成型，例如增材制造、铸造、金属注射成型等，优选地，本方案中的负泊松比结构填充层4为增材制造加工成型的网格状结构。采用增材制造的加工方式不需要开模，并且可实现复杂结构的快速成型，能够大大提高加工效率。进一步地，连杆杆身1的镂空区域和实体区域可以同时采用增材制造的方式加工成型，从而使连杆杆身1成为一体式结构。具体的，连杆的成型材料可以选用TC4钛合金、AlSi10Mg或GH4169等合金材料。增材制造成型后，以减材的方式对连杆表面进行精细化加工处理以提高表面粗糙度，而后以热处理的方式(如真空热处理)提高其强度。

优选地，负泊松比结构填充层4的各个内凹多边形基础单元结构在沿连杆杆身1的宽度方向和长度方向上均匀排布或不均匀排布，即，多个内凹多边形基础单元结构形成的填充层可以设计为各处疏密一致的网格状结构，也可以设计为各处疏密程度不一致的网格状结构，其疏密程度与连杆所受载荷情况有关，载荷大的部位适宜布置更加密集的内凹多边形基础单元结构，载荷相对较小的部位适宜布置较为稀疏的内凹多边形基础单元结构。

由于本实用新型提供的发动机连杆采用了镂空设计的连杆杆身1，因此，相对于传统实体结构的连杆，本方案能够大大减轻连杆重量，实现零件轻量化设计，进而有助于提高发动机的效率，满足发动机的高功重比的要求；同时，本实用新型在连杆杆身1的镂空区域内填充有负泊松比结构填充层4，在受力时产生负泊松比效应，当连杆受到高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力时，其内凹多边形基础单元结构会在连杆宽度方向发生微小形变以吸收能量，从而降低发动机运行过程中高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力对连杆造成的损伤，延长连杆及发动机的使用寿命。

本实用新型还提供了一种包括上述发动机连杆的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述发动机连杆带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种发动机连杆，包括连杆杆身，其特征在于，所述连杆杆身的两端之间的局部区域为镂空区域，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有至少一层负泊松比结构填充层，所述负泊松比结构填充层包括多个内凹多边形基础单元结构，多个所述内凹多边形基础单元结构沿所述连杆杆身的宽度方向和长度方向依次连接排布并形成网格状的所述负泊松比结构填充层。

2.根据权利要求1所述的发动机连杆，其特征在于，所述连杆杆身的一端为用于与活塞连接的连杆小头且另一端为用于与曲轴连接的连杆大头，所述镂空区域在沿所述连杆小头至所述连杆大头的方向上的宽度逐渐变大。

3.根据权利要求2所述的发动机连杆，其特征在于，所述镂空区域呈梯形区域。

4.根据权利要求3所述的发动机连杆，其特征在于，所述镂空区域呈等腰梯形区域。

5.根据权利要求3所述的发动机连杆，其特征在于，所述镂空区域朝向所述连杆小头一端的宽度为朝向所述连杆大头一端的宽度的1/3～1/2。

6.根据权利要求1所述的发动机连杆，其特征在于，所述内凹多边形基础单元结构的内凹侧朝向所述连杆杆身的端部。

7.根据权利要求1所述的发动机连杆，其特征在于，所述内凹多边形基础单元结构为内凹四边形结构。

8.根据权利要求7所述的发动机连杆，其特征在于，所述内凹四边形结构的内凹侧的内凹角度大于等于90°且小于180°。

9.根据权利要求7所述的发动机连杆，其特征在于，所述内凹四边形结构的内凹侧的两条邻边长度相等，且所述内凹四边形结构的其余两条邻边的长度也相等。

10.根据权利要求7所述的发动机连杆，其特征在于，所述负泊松比结构填充层包括多个第一内凹四边形结构和多个第二内凹四边形结构，所述第一内凹四边形结构的内凹侧朝向所述连杆杆身的一端且所述第二内凹四边形结构的内凹侧朝向所述连杆杆身的另一端，所述负泊松比结构填充层包括沿所述连杆杆身的长度方向依次布置的多个填充行，每个所述填充行包括沿所述连杆杆身的宽度方向依次间隔布置的多个所述第一内凹四边形结构和多个所述第二内凹四边形结构。

11.根据权利要求10所述的发动机连杆，其特征在于，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有多层所述负泊松比结构填充层，至少一层所述负泊松比结构填充层的填充行与相邻所述负泊松比结构填充层的填充行在沿所述连杆杆身的宽度和长度方向上交错布置。

12.根据权利要求1所述的发动机连杆，其特征在于，所述镂空区域内沿所述连杆杆身的厚度方向填充有多层所述负泊松比结构填充层，各层所述负泊松比结构填充层在沿所述连杆杆身的厚度方向的厚度相等或不等。

13.根据权利要求1所述的发动机连杆，其特征在于，所述负泊松比结构填充层为增材制造加工成型的网格状结构。

14.根据权利要求1所述的发动机连杆，其特征在于，所述负泊松比结构填充层的各个所述内凹多边形基础单元结构在沿所述连杆杆身的宽度方向和长度方向上均匀排布。

15.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的发动机连杆。

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