连杆设计及细节处理方案

1.箱体（机体）设计

箱体设计首先是确定箱体的形式，根据本例的实际情况，选取七联对置式卧式泵的机体形式为开式。箱体材质采用灰铁铸造（HT250）。主要结构尺寸，包括主轴承座孔直径DZ、滑道宽度B、滑道长L2、十字头滑道孔径DS、相邻滑道轴线间距离a、主轴孔中心线距底平面高度H 及箱体壁厚尺寸等，都与曲轴尺寸相关，因此，需要对曲轴的尺寸进行详细计算。

2.曲轴设计

曲轴设计原则：主要尺寸可根据柱塞力量级相同的同类型泵选定，再经强度和刚度校核后进行校正。

（1）曲柄销直径D按经验公式

式中，P 为最大活塞（柱塞）力，t：

图3-15　WCS动态坐标调整

然后，选择【插入】—【曲线】—【椭圆】命令，进入XC-YC平面，用【椭圆】命令，在选择条中选择【象限点】，设置椭圆的长半轴为25，短半轴为26.5，单击【确定】按钮，如图3-16所示，完成截面轮廓椭圆的创建。

式中，d＝78 mm，p＝18 MPa。

将P＝7.6 代入，得。

考虑到实际使用时注水压力增加的因素和为减小连杆与曲柄销之间的磨损，应增大曲柄销直径（增大系数k＝1.2），则曲柄销直径D＝220 ×1.2＝264（mm），取D＝270 mm。

（2）曲轴轴颈直径D1

D1＝（0.9～1.1）D，取D1＝220 mm。

（3）曲柄半径r

图3-16　创建椭圆曲线

3）扫掠拉伸主体

选择【插入】—【曲面】—【扫掠】命令，在截面对话框中选择椭圆，在引导线对话框中选择草图中创建的直径490的圆，单击【确定】按钮，如图3-17所示，完成椭圆环的扫掠。

（4）连杆大头轴瓦宽度b

采用连杆大头定位及厚壁瓦结构，得b＝（0.55～0.85）D，取系数0.75，则b＝0.75D＝202.5 mm，取b＝200 mm。

（5）曲柄销长L

L＝b＋2 ×（2～5），取系数5，则L＝200＋2 ×5＝210（mm）。

（6）曲柄厚度t 和宽度h

图3-17　创建椭圆环

4）修剪椭圆环

首先，创建修剪曲线草图，如图3-18所示。

在具体选择t、h 时，还要考虑轴颈重叠度S0／D 及曲轴的总长度。若厚度t 选得过大，势必造成曲轴长度增加，箱体宽度也相应增加。为确保曲柄强度，对于铸造曲轴的宽度h，宜取大值，结合现在较为流行的圆形曲柄，可估算曲柄外径D′：D′＝1.7D＝1.7 ×270＝459（mm），轴承部位D＝460 mm。

曲柄厚度t 可从曲柄实际体积换算求得：

图3-18　绘制两条直线

然后，选择刚刚创建的草图曲线进行拉伸，如图3-19所示，完成修剪平面的创建。

最后，单击【修剪体】命令，如图3-20所示，完成对椭圆环的修剪，得到音箱的主体结构。

2.创建手机座槽及底垫

1）创建WCS坐标系，选择椭圆中心点

调整坐标系角度，选择YZ平面旋转点，输入角度30°，如图3-21所示，完成手机座槽坐标系的创建。

式中，r 为曲柄半径，值为h／2；

　　　V 为等效体积，V＝0.52 ×1.72D3，实际体积V′＝tπD′2 ÷4。

使曲柄实际体积与等效体积相等，则t＝V／（πD′2）÷4＝90（mm），也即曲柄厚度平均为90 mm。

（7）确定曲轴轴承类型、液缸（填料涵）中心距

七联缸曲轴有7 组14 个连杆同时工作，从动力输入端起，共安装4 个轴承，两端各安装一个单列圆锥滚子轴承，此类轴承能够承受径向力和轴向力，两者必须反向安装；中间两个轴承相同，均为单列圆柱滚子轴承，此类轴承只承受径向力。从曲轴受力状态分析可知，其有如下特点：

①从动力输入端起，第一曲柄与曲轴结合面受到的扭矩、弯矩最大，输入端轴承所受的径向力也最大。

②从第二曲柄之后，与曲轴的结合面受到的扭矩依次递减。③中间两个轴承只可占用第三、第五曲柄位置。

④靠近曲轴末端的第六、第七、第八曲柄厚度可减薄。

⑤液缸基准中心距

图3-19　创建修剪平面

式中，t1 为连杆安装系数，一般取5 mm；

对于七联缸，Ⅰ、Ⅶ液缸之间的距离L＝310 ×6＝1 860（mm）；

f 实际液缸距：AⅠ→Ⅱ＝320 mm，AⅡ→Ⅲ＝335 mm，AⅢ→Ⅳ＝320 mm，AⅣ→Ⅴ＝335 mm，AⅤ→Ⅵ＝270 mm，AⅥ→Ⅶ＝270 mm。

曲轴结构图如图10－15 所示。

图3-20　修剪椭圆环

图10-15　曲轴结构图

3.连杆结构设计(www.xing528.com)

（1）连杆定位及连接方式选择

根据本案为对置设计的实际，选择大头定位，厚壁轴瓦。在同一曲柄销上左右各安装一支连杆大头，两支连杆大头之间用剖分式连接环连接，靠两只紧定螺钉连接固定。

（2）连杆长l 和连杆比λ 选择

在结构允许的条件下，应尽可能减小连杆比λ，一般应使λ≤1／4。由 λ＝77.5 mm 将λ＝0.20、0.18、0.16 代入，可得l＝387.5 mm、430.5 mm、484 mm，取连杆长l＝470 mm。

（3）杆体及大、小头尺寸确定

杆体尺寸主要包括杆体中间几何形状尺寸Hm、Bm；大、小头尺寸包括宽度B 及轴瓦宽度等。

①杆体中间截面尺寸当量直径dm。

图3-21　创建WCS坐标系

2）绘制手机座槽及声孔曲线草图

选择XC-YC平面进入草图界面，完成如图3-22所示草图创建。

3）创建手机座槽

选择【拉伸】命令，如图3-23所示，单击【确定】按钮完成手机座槽的创建。

4）创建音箱底垫

利用【修剪体】命令对主体进行裁剪，如图3-24所示，完成底垫的创建。

式中，p 为最大柱塞力，t。

图3-22　手机座槽及声孔曲线

当中间截面为圆形时，系数选2.5～2.8 cm／d，取2.6 cm／d，将p＝7 代入上式，得。

②杆体中间截面尺寸Hm、Bm。

图3-23　创建安放槽柱体

图3-24　修剪椭圆环

3.细节设计

1）抽壳处理

利用【抽壳】命令，如图3-25所示，选择椭圆环的两个侧面，输入厚度为4 mm，单击【确定】按钮，完成壳体创建。

图3-25　抽壳处理

2）创建声孔

选择【拉伸】命令，如图3-26所示，依次选择拉伸截面及方向，单击【确定】按钮，完成声孔的创建，如图3-27所示。

杆体中间截面面积为＝3.14／4 ×72＝38.46（cm2）。为了减小箱体体积，连杆杆体中间截面形状近似按正方形设计，由于是按矩形杆体给出的公式，所以正方形取系数1.35，则，取Hm＝70 mm。Bm＝72 mm。

连杆大、小头之间的杆体为等面积，也即等高等宽。

③连杆大头宽度B。

由于本例为对置式结构，无连杆盖，对置的连杆互为连杆盖，靠剖分式连接环连接，因此连杆大头宽度尺寸不同于一般的设计，需要增加两个连接环的厚度。连接环的厚度B0取决于连接螺钉的直径尺寸d0：

取K＝0.65，pmax为最大柱塞力。前已得出p＝7，代入上式，计算后得d0＝1.72 cm。

根据以往经验，连接环厚度B0 约取连接螺钉直径d0 的1.5～2.5 倍。

本设计取B0＝2d0＝2 ×1.72＝3.44（cm），由此确定连接环厚度为B0＝35 mm。

由于

图3-26　拉伸声孔

3）圆角处理

如图3-28所示，对瓷鸣外观进行倒圆角。

式中，r 为铸造件工艺系数；

　　　r′为凸缘厚度。

将Bm＝72、B0＝35、r＝5、r′＝4 代入，得B＝72＋2 ×35＋2 ×5＋2 ×4＝160（mm）（与曲柄销长度相等）。④连杆小头尺寸。

小头尺寸包括小头直径即十字头销直径D′和小头宽度B′。

图3-27　声孔的效果

图3-28　对整体进行倒圆角

4）手机音箱整体造型

最终的瓷鸣整体造型如图3-29所示。

小头直径，取系数为2.9，则，取D′＝76 mm。

小头宽度B′＝（1～1.3）D′，取系数为1.1，则B′＝1.1 ×76＝8.36（cm），取B′＝83 mm。

小头衬套宽度Bx＝（1～1.3）D′，取系数为1，则Bx＝83 mm。

图3-29　瓷鸣的整体造型