發動機連桿的案例
無人機用發動機連桿檢測與數據分析系統
張旭東①ZHANG Xu-dong；孫奇①SUN Qi；張娟②ZHANG Juan
（①西北工業大學365 所，西安710065；②西安航空制動科技有限公司，西安710065）
摘要：發動機連桿尺寸精度高、形位公差多，傳統的檢測方法需要多種檢測工具測量。為了解決此問題，設計并制造了一套發動機連桿檢測裝置，通過該裝置可以實現快速檢測發動機連桿尺寸，并能實現數據分析功能。
關鍵詞：連桿；發動機；檢測
0 引言
無人機用發動機連桿相對一般地面用發動機在強度、精度、尺寸一致性、重量、可靠性等諸多方面有更高的要求。傳統檢測與控制方法中對連桿孔的尺寸公差、形位公差、位置公差[1，2]分別用多種通用量具或多個檢測工裝進行測量[3]，過程復雜，周期長、工作效率低。已有的一些采用相對測量方式的檢測裝置，由于只提供了工具末端，檢測結果只能由人工判斷出圓度、同軸度和圓孔的垂直度各個獨立的單項值是否落在公差帶范圍內，雖集成了圓度、同軸度和垂直度規的功能，但不能檢測出具體數值。同時也不能檢測各個孔具體直徑、兩個圓孔中心距和兩個圓孔平行度等重要數據。而且檢測結果不能有效的進行閉環回饋指導后續生產制造過程的改進與提高。
為了克服現有檢測工作存在的上述技術問題，采用自動測量多個尺寸方式[4]，設計一種小型無人機用發動機連桿檢測與數據分析系統[5]。該系統采用自動機械定位與壓緊方式，利用多個觸電側頭采集數據傳輸給計算機處理，計算出所需的測量數據，并進行統計分析[6]。
1 檢測與數據分析系統的設計
整套檢測裝置和數據分析功能模塊包括控制和數據處理單元[7]、機械運動單元[8-10]、測量及數據采集單元和數據顯示單元。可編程控制器通過電磁閥控制氣缸運動，測量基塊上設有多組電感傳感器測頭，電感側頭采集檢測數據，并傳輸給可編程控制器處理，檢測結果通過觸摸屏顯示器顯示。
展開 發動機引擎連桿表面怎樣去毛刺、除氧化皮研磨拋光？
汽車零部件，發動機零件，引擎活塞連桿需要拋光嗎？答案是肯定的。市場上的發動機連桿有各種材質制造而成，有鈦合金、不銹鋼、鑄鐵、鍛造鐵、鋁合金或鋅合金等材料。在機加工過程中，表面不可避免地會產生毛刺、飛邊、裂紋、車刀紋、銹蝕、氧化皮等質量問題。為提高連桿的表面質量和使用壽命，參考去毛刺、去氧化皮研磨拋光工藝、方法、大全和解決方案，使用專用研磨拋光機器、設備、工具等拋光神器，可以為您解決連桿拋光遇到的各種問題。
(一) 鈦合金發動機連桿配件研磨拋光
鈦合金連桿以其材料的高強度和優秀的性能而被很多運動型車輛的發動機引擎所采用。重量輕但耐用性高是鈦合金連桿的突出優點。
這種發動機配件一般采用振動式的研磨光飾拋光機進行去毛刺、除氧化皮、去飛邊、披鋒、提光增亮的拋光工藝。主要拋光工藝分粗磨和精磨兩道工序。
粗磨使用高切削力度的棕剛玉研磨石磨料配合研磨液，精磨使用高比重的不銹鋼磨料配合酸性光亮劑來提高產品表面光亮度。
(二) 鑄鐵發動機活塞連桿配件研磨拋光
鑄鐵材質的發動機連桿強度比不銹鋼材質的差一些。一般都采用低碳鋼來生產。這種產品的主要優點就是低廉的材料成本。
也是使用振動式研磨光飾拋光機進行粗磨和精磨。粗磨采用棕剛玉研磨石加研磨液去毛刺、氧化皮、飛邊，精磨使用不銹鋼磨料加酸性光亮劑對表面進行增光提亮。
(三) 機加工發動機連桿配件研磨拋光
機加工連桿可采用不同材質的金屬或是合金材質。這種連桿在發動機內會承受很高的壓力，因此產品表面進行良好的研磨拋光可以修復表面一些裂紋、凹坑、毛刺、飛邊等缺陷，確保連桿在壓力下不會發生斷裂。
可使用振動式的研磨光飾機來進行拋光。如果工件體積和數量較少，也可采用離心式研磨光飾機。不同的金屬或合金材質需要匹配不同的研磨材料。
展開 發動機連桿的拓撲優化
發動機連桿的拓撲優化
背景：隨著能源問題日益加劇，從降低油耗的角度出發，要求汽車向輕量化發展，其中發動機輕量化已成為整車開發中一個不可忽略的問題。基于發動機輕量化考慮，必須對其主要的零部件進行優化，減少體積，減輕質量。連桿作為發動機中受力較為復雜的部件之一，其重量輕和強度高成為發動機設計的突破目標。
1．建模
由于發動機連桿為對稱的結構，本報告取1/2模型對連桿的受力進行分析，對其結構進行優化。
2. Hypermesh網格劃分
對模型進行切分并畫六面體網格，其中綠色部分為優化的部分。材料的屬性如下表所示。
3. 受力分析
首先，在模型藍色區域生成REB，作為約束和受力的點；然后，在對模型進行施加約束和受力，在連桿紅色部分的上表平面施加y方向的約束，大頭處生成的REB上施加固定約束，小頭處的REB施加力。其結果如下圖所示。
展開 仿真實踐 | 汽車發動機連桿模鍛&熱處理鏈式仿真
更重要的是，本項目證明了：對于發動機連桿這類典型鍛件，單獨分析熱處理往往是不夠的，只有將模鍛成形與熱處理過程打通，才能真正找到質量波動的根源。
經驗小結
對45鋼發動機連桿而言，熱處理質量很大程度上取決于模鍛后的初始狀態控制。
連桿大小頭與桿身截面差異明顯，必須重視鍛后溫差和再加熱均熱的一致性。
水淬質量不僅受溫度制度影響，更受入水姿態、換熱條件和操作節拍影響。
鏈式仿真能夠把鍛造殘余應力、組織繼承與淬火變形關聯起來，是提升此類鍛件工藝穩定性的有效工具。
從“模鍛仿真—熱處理仿真—現場驗證—批量固化”建立閉環，是汽車發動機關鍵鍛件質量優化的重要方向。
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HyperWorks軟件在發動機連桿結構改進中的應用
發動機連桿用于連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復運動變成曲軸的旋轉運動。連桿工作時，承受活塞頂部氣體壓力和慣性力作用，這些力的大小和方向都是周期性變化的，因此，連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。如果連桿失效，缸體和缸蓋都將受到沖擊，甚至發生搗缸事故。
董若雷_HyperWorks軟件在發動機連桿結構改進中的應用.pdf
汽車發動機曲柄連桿機構的組成
今天由滄州惠豐帶領大家了解下汽車發動機的曲柄連桿機構都有哪些零部件組成的。
曲柄連桿機構的主要零件可以分為機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等三個組成部分
1. 機體組：它主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、油底殼和氣缸墊等零件組成。
機體是構成發動機的骨架，是發動機各機構和系統的安裝基礎體，其內處安裝著發動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷 。同時機體組本身雙是曲柄連桿機構、配氣機構、供給系統、冷卻系統和潤滑系統的組成部分。因此機體必須要有足夠的強度和剛度。
2. 活塞連桿機構：活塞連桿組由活塞、活塞環、活塞銷、連桿、連桿瓦等組成；
活塞是作為一個整體通過鍛造或鑄造加工制成的，其功用是高速運動、承受高熱高壓的影響，承受的氣體壓力通過活塞銷傳給連桿，驅使曲軸旋轉，活塞頂還是燃燒室的組成部分；活塞環是用特殊金屬制成的，為了確保活塞能夠平穩順暢的上下運動
填補和密封這部分的間隙，在活塞上設置了活塞環；活塞銷的功用間連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。活塞銷要具有足夠的強度和剛度，表面韌性好，耐磨性好、質量輕；連桿的作用上連接活塞與曲軸。
3.曲軸飛輪組：主要由曲軸、飛輪和一些附件組成。
曲軸是發動機最重要的機件之一。它與連桿配合將作用在活塞讓的氣體壓力變為旋轉的動力，傳給底盤的傳動機構。同時，驅動配氣機構和其它輔助裝置，如風扇、水泵、發電機等；
曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有或緊固的平衡重塊。
飛輪是用來儲存做功行程的能量，用于克服進氣、壓縮和排氣行程的阻力和其它阻力，使曲軸均勻地旋轉。
展開 阿斯頓·馬丁:發布Valkyrie超跑的發動機信息
據外媒報道，阿斯頓·馬丁開始逐步透露新款Valkyrie超跑的明細信息，本次發布的發動機型號。
該款V12發動機屬于賽車級設備，其轉速已接近11,100 rpm。該款發動機的動力輸出十分強大，高達1000 hp，峰值扭矩為546 lb-ft。
但該數值并非最終版車型的動力輸出，只是汽油發動機的性能表現。該款車型還將搭載一款電池混動系統，可進一步提升該款車型的動力輸出。
該款車型的底盤也十分出色，調高了后輪的位置，且重量僅為206 kg。
那么，考斯沃斯（Cosworth）發動機是如何管控其性能的呢？答案比較復雜，其設計及工藝有點類似鈦金屬發動機連桿及活塞設計。首先，來看下其曲柄軸，該部件采用了堅固的鋼棒（steel bar），隨后對其進行了熱處理、磨細及多次機加工。整個流程將磨光八成的原始材料，歷時六個月。但曲柄軸的的重量只有阿斯頓馬丁One-77車型V12發動機曲柄軸重量的一半。
阿斯頓·馬丁表示，該工藝源自于上世紀90年代F1賽車的發動機，但經過了20多年的發展，其工藝技術更顯成熟。
展開 虛擬實景仿真技術在自動化連桿鍛造生產線設計中的應用
方案設計
一拖公司通過對虛擬實景仿真技術的持續性研究，首次在二重集團研制的新型4000t熱模鍛壓力機連桿自動化鍛造示范線設計過程中進行了應用，取得了較好的效果。所開發的這條示范線，主要用于發動機連桿、鏈軌節、小排量汽車曲軸、齒輪等批量化生產。生產線采用具有總線控制系統的自動化技術，由加熱單元體、鍛造單元體、熱處理單元體、自動碼垛單元等組成，加熱單元體具有加熱、自動上料、自動溫控坯料篩選、爐體快換等功能；鍛造單元體以一臺4000t的熱模鍛壓力機為主，采用步進式送料系統實現工位之間的快速傳遞，通過主機運動系統、物料傳遞系統、上下頂出系統、潤滑系統的同步功能，實現產品多工步鍛造成形。
生產線設計
作為鍛造生產線的初期規劃，國外比較先進的設計思想首先是根據產品進行結構工藝分析和成形仿真分析，確定最佳成形工藝方案，然后根據成形工藝以及市場需求選擇合適的設備，設備選型結束后，開始進行自動化生產線工藝布局設計，然后通過實景仿真對生產線工藝布局進行優化提升，最后確定相關的廠房、物流、倉儲等配套設施。國外的設計理念是自動化技術服務于設備，設備服務于工藝。工藝是整個設計的主線和綱領。國內企業在生產線規劃設計方面與國外有一定的差距，國內一般是先建廠房，再上設備和自動化，最后用產品工藝去適應設備和自動化，這種由于前期方案設計過程中未能充分考慮工藝與設備自動化的匹配性問題，是導致目前國內鍛造自動化實施過程中預期和實際應用有較大落差的主要原因。對于二重集團生產的4000t熱模鍛壓力機自動化生產線的設計，充分考慮了國外先進的設計理念，在設計初期階段，制定的設計方案路線如圖1所示。
展開 無曲軸，無連桿？豐田引爆發動機新革命！
你的可變氣門正時直噴渦輪增壓發動機已經過時了！
而且沒有曲軸和連桿，通過活塞的往復運動就可以直接運轉！
豐田正在研發的一款自由活塞發動機線性發電機Free Piston Engine Linear Generator（以下簡稱FPEG），有望將這一切都變為現實。可以把它看成自由活塞發動機+線性發電機會好理解一些。那到底是發動機還是發電機？
簡單來說，FPEG引擎就像是一臺汽油發電機。目前，豐田的試做版本采用單缸設計，相比傳統燃油發動機擁有更大的燃燒室和活塞，活塞在燃油爆燃所產生的推動力下來回運動，但這次它的任務并非是向車輪輸出動力，而是發電。
豐田研發FPEG就是旨在為增程式電動車量身定做一款小型裝置。相比現款增程式電動車使用的發動機及發電機，FPEG將大大減小發動機的體積以及重量。
FPEG發動機，取消曲軸機構讓活塞運動更自由
其實FPEG并非一項新技術，因為早在1959年時，全球第一臺FPEG即已取得專利認證，而FPEG則是根據FPE (Free Piston Engine) 的基礎所延伸出來的裝置。
那么，FPEG發動機是什么呢？顧名思義，我們可以知道這種發動機的活塞自由度較高，但是，它又是如何讓活塞可以自由活動呢？
展開 基于adams view 單缸發動機連桿疲勞危險點分析（模態應力恢復方法） ￥1
一、單缸發動機剛體模型如下。
二、將連桿生成柔性體。
三、約束連接位置重新設置
四、分別設置約束位置的rb2連接。
五、連桿的MNF文件預覽（RBE2從節點數量可根據需要選擇）。
目前最先進的發動機技術，其實就是連桿的革命，中國品牌車啥時候配備
日產 VC-TURBO智控引擎(可變壓縮比渦輪增壓發動機)的到來，對于汽車行業來說具有非同一般的意義，它的出現意味著發動機已經進入了一個新的時代。
魚和熊掌可以兼得
日產VC-TURBO智控引擎的訣竅就在曲柄連桿機構，它在傳統的曲軸軸頸上增加了一個多連桿，多連桿一端接活塞連桿另一端接偏心軸的連桿，偏心軸又與右側的電機控制臂連接。電機順時針或者逆時針旋轉時就會帶動控制臂拉伸，使偏心軸的連桿往上或往下移動，恰好偏心軸連桿又與曲軸軸頸上的多連桿連接，通過杠桿原理讓活塞可以往上或者往下移動約6毫米。
通過改變活塞上止點與下止點的位置，燃燒室的容積就可以隨之變化，如果活塞上止點往下移動那么燃燒室容積變大壓縮比降低，活塞上止點往上移動燃燒室容積變小壓縮比提高。
這套巧妙的多連桿機構使發動機壓縮比可以在8:1-14:1之間無縫切換，發動機低負荷運轉時立即切換成高效率模式，使用14:1的高壓縮比提高燃油經濟性，當高負荷運轉時又馬上切換成高性能模式，使用8:1的低壓縮比降低爆震增加輸出功率。
可變壓縮比渦輪增壓發動機可以根據工況選擇最理想的壓縮比，而不是在兩種固定壓縮比之間調節，比如在中等負荷下發動機可以使用11:1的壓縮比。VC-TURBO智控引擎(可變壓縮比渦輪增壓發動機)的出現使發動機油耗和動力不再是一個矛盾，動力與油耗的選擇完全取決于駕駛員的需求。
堪比6缸的平順性
在多數人的印象中，4缸發動機平順性不如6缸的好，這是因為6缸不僅點火間隔小而且自身運轉的往復慣性力小。VC-TURBO智控引擎結構有別于傳統發動機，它的活塞運動更接近正玄曲線，因此不會像傳統發動機一樣產生二次慣性力，所以VC-TURBO智控引擎不需要平衡軸。
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基于proe的活塞曲軸連桿機構的參數化設計
通過闡述基于pro/e模型的參數化設計方法,介紹了參數化設計的基本原理和功能,分析了發動機活塞曲軸連桿機構中的參數化設計造型過程,并以實例詳細闡述了活塞、連桿、曲軸以及整體裝配的三維造型設計步驟及關鍵技術。
點評:
基于proe的活塞曲軸連桿機構的參數化設計.pdf
基于DYTRAN的發動機曲軸系沖擊動力學仿真
基于TBD234V6發動機曲軸的有限元模型,建立了包括柔性曲軸、活塞組、連桿組及飛輪在內的發動機剛柔體混合動力學仿真模型,介紹了沖擊環境沖擊譜的描述方法以及結構動力響應向設計沖擊譜換算的方法和原則,并基于沖擊因子法和BV043/73標準,在非線性瞬態動力學軟件MSC.DYTRAN中,對該型曲柄連桿機構進行了沖擊響應分析。綜合采用了曲柄連桿機構整體有限元分析、接觸算法、非線性瞬態動力學分析方法等手段,在1500r/min工況下,對發動機進行剛柔體混合動力學仿真,得到了發動機的連桿頸負荷、主軸頸負荷及最大動態應力等仿真結果。計算結果表明所采用的方法是合理和有效的。
基于DYTRAN的發動機曲軸系沖擊動力學仿真.pdf
展開 在ANSA中使用Morph模塊實現模型參數化
附件中以發動機連桿這一零件為例，介紹如何實現基于網格的結構特征參數化
在ANSA中使用Morph模塊實現連桿網格模型參數化-.pdf
【綜述】鈦及鈦合金在汽車輕量化研發領域的前景及實際應用
根據設計和材料特性，新一代汽車上鈦主要分布在發動機元件和底盤部件上。在發動機系統，鈦可制作閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件；在底盤部件主要為彈簧、排氣系統、半軸和緊固件等。
目前鈦合金零部件有以下幾種比較常用↓↓↓
1、發動機連桿
鈦合金是連桿用材料的理想選擇。發動機的連桿對材料的強度、疲勞性能、剛度( 特別是大頭端) 及耐磨性能都有嚴格的要求，鈦連桿質量的減輕, 結合以質輕的活塞和活塞銷, 使噪聲、震顫、車身跳動明顯減輕, 改善了發動機的工作性能。同時, 這些零件如果用鈦制造,還可以提高發動機的工作溫度。 活塞銷要求材料具有一定的強度、耐磨性能、高剛度和耐高溫, 目前最佳選擇是密度低、高溫強度高、生產成本相對不高的金屬間化合物γ-TiAl。 對更高速度的發動機而言, 其氣門傳動機構也以使用抗蠕度、抗氧化的鈦材為宜。尤其是使用γ-鋁化鈦作氣門彈簧, 除 減輕質量, 還可將發動機速度提高10%。
2、發動機氣門
用鈦合金制造的汽車發動機氣門，不但能減輕質量、延長使用壽命，而且可降低油耗和提高汽車的可靠性。鈦制氣門與鋼制氣門相比，質量可減少30%～40%，發動機極限轉速可提高20%。就目前的應用而言，進氣門的材料以Ti－6A l－4V為主，排氣門的材料以Ti－6242S為主，通常Sn和Al一起被添加，可以得到較低的脆性和較高的強度；Mo的添加可改善鈦合金的熱處理性能，加強淬火及時效鈦合金的強度，同時增加硬度。
3、氣門彈簧座
高強度及耐疲勞性是汽門彈簧座必須具備的性能，β鈦合金為熱處理型合金，能通過固溶時效處理來獲得很高的強度，相應的比較適合的材料有Ti·15V－3Cr－3Al－3Sn與Ti－15Mo－3Al－2.7Nb－0.2Si。
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