4.2　連桿結構設計技巧與禁忌

4.2.1　連桿結構應符合力學要求

(1)提高鉸鏈接觸處厚度以提高強度

一般在桿長尺寸R較大時采用圖4?48所示的結構。圖4?48(a)所示結構強度不如圖4?48(b)所示結構強度好。因為傳動時鉸鏈接觸處受力較大,所以提高鉸鏈接觸處的厚度對提高連桿強度是有利的。

(2)避免彎桿結構以提高強度

當三個轉動副同在一個桿件上且構成鈍角三角形時,應盡量避免做成彎桿結構。圖4?49(a)、(b)所示結構強度較差,圖4?49(c)所示結構強度一般,圖4?49(d)、(e)所示結構強度較好。

(3)桿件截面形狀應利于提高抗彎剛度

桿件可采用圓形、矩形等截面形狀,如圖4?50(a)和圖4?48所示,結構較簡單。若需要提高構件的抗彎剛度,可將截面設計成工字形[圖4?50(b)]、T形[圖4?50(c)]或L形[圖4?50(d)]。

(4)對稱桿形提高強度和剛度

圖4?51(a)所示的桿件結構簡單,但強度和剛度較差,容易出現偏載。當工作載荷較大時,可采用圖4?51(b)所示的結構,利用對稱桿形提高強度和剛度。

(5)偏心輪(軸)結構提高強度和剛度

將偏心輪[圖4?52(a)]與軸做在一起稱為偏心軸[圖4?52(b)]。由于偏心輪(軸)機構中偏心距即為桿的長度,其強度和剛度比單獨做出的細而短的桿高很多,因此這種結構在模鍛壓力機、沖床、剪床、破碎機等方面有著廣泛的應用。

(6)提高剖分式連桿蓋的剛度

如圖4?53(a)所示,垂直于剖分方向承受推拉載荷的連桿蓋,易產生撓曲,這樣的撓曲反復進行就會使緊固螺栓反復彎曲,引起緊固松弛,螺栓損壞。圖4?53(b)中加厚了連桿蓋,使其具有不致產生撓曲的剛性,可使連桿正常工作。

(7)提高抗振性的連桿結構

有些工作情況有頻繁的沖擊和振動,對桿件的損害較大,這種情況下圖4?50所示的連桿結構抗振性不好。在滿足強度要求的前提下,采用圖4?54所示結構,桿細些且有一定彈性,能起到緩沖吸振的作用,可提高連桿的抗振性。

(8)采用相同結構對稱布置提高強度和抗振性

圖4?55(a)所示在曲柄上加配重只能使力部分平衡。采用相同結構對稱布置的方法,如圖4?55(b)所示,可使機構總慣性力和慣性力矩達到完全平衡,從而提高連桿的強度和抗振性。

　　(9)具有轉動副和移動副連桿結構偏心距的選擇

圖4?56所示為具有轉動副和移動副的連桿結構。圖4?56(a)所示的移動導路中心線通過轉動副中心,一般對運動副的磨損與傳動阻力影響很小,通常應優先選用;而圖4?56(b)所示導路中心線與轉動副中心存在偏距es,對機構傳力產生有害影響,引起構件傾斜,從而加劇運動副的磨損和傳動阻力。如圖4?56(c)所示,采用兩導路對稱結構,可改善受力,但結構尺寸增大,且這種超靜定結構提高了對構件制造和裝配精度的要求。

4.2.2　提高連桿的結構工藝性

(1)采用剖分式連桿便于裝配

與曲軸中間軸頸連接的連桿必須采用剖分式結構,因為如果采用整體式連桿將無法裝配。這種結構形式在內燃機、壓縮機中經常采用。剖分式連桿的結構如圖4?57所示,連桿體、連桿蓋、螺栓和螺母等幾個零件共同組成一個連桿。

(2)桁架式結構提高經濟性和制造性

當構件較長或受力較大,采用整體式桿件不經濟或制造困難時,可采用桁架式結構,如圖4?58所示。不但提高了經濟性和制造性,還節省了材料、減輕了重量。

(3)應用型材使加工簡便

桿件用型材沖壓而成,既省料又省工。圖4?59(a)為直接用板材制成的連桿,帶有兩個轉動副。圖4?59(b)所示的折邊結構為板材沖壓而成,來提高構件的抗彎剛度。

(4)長桿淬火表面處理要豎直

如圖4?60(a)所示,長桿進行淬火表面處理時,如果在橫置的狀態下進行高溫處理,則長桿將會由于自重而下垂,從而產生彎曲。在磨削完了以后,由于表面層厚度不均勻,還將再次發生彎曲。所以,對于長桿淬火表面處理時,要在豎直狀態下進行,如圖4?60(b)所示。

(5)鑄造連桿應考慮分型面合理

當連桿為鑄造方法制成,設計時應考慮分型面合理。圖4?61(a)所示要采用彎折的分型面,難于保證尺寸準確。如改成圖4?61(b)所示結構,分型面簡單、合理,只用一個平面。

4.2.3　連桿長度調節結構

調節連桿的長度,可以改變從動件的行程、擺角等運動參數,所以一些機構中要求連桿的長度是可以調節的。

(1)利用螺釘調節連桿長度

圖4?62為利用螺釘調節連桿長度。圖4?62(a)為利用固定螺釘來調節連桿的長度,調整好連桿長度后擰緊螺釘進行固定。圖4?62(b)調節桿長R時,松開螺母,在桿的長槽內移動銷釘,得到適當長度后擰緊螺釘進行固定。

(2)利用螺旋傳動調節連桿長度

圖4?23為利用螺旋傳動調節連桿長度。圖4?63(a)中的連桿做成左右兩半節,每節的一端帶有螺紋,但旋向相反,并與連接套構成螺旋副,轉動連接套即可調節連桿的長度。圖4?63(b)調節連桿長度時,轉動螺桿,滑塊連同與它相固接的連桿銷在桿的滑槽內上下移動,從而改變連桿長度R。