一种小型航空活塞发动机涨断式连杆的制作方法

本发明涉及航空活塞发动机技术领域，具体地说，涉及一种小型航空活塞发动机涨断式连杆。

背景技术

连杆是小型活塞式航空发动机的关键运动部件之一，其承担着改变力的传递方向和方式的功能。相对普通活塞发动机，航空活塞发动机连杆的工作条件更为苛刻，在工作过程中承受着连续每秒高达90～120余次的高频率的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，必须具有极高的可靠性、稳定性、耐疲劳性能和刚性、强度、韧性，以及重量轻、结构简单、工艺性良好的条件。二十纪九十年代，连杆涨断技术作为一项新工艺在汽车工业发达国家发展起来，从根本上改变了传统连杆加工方法。但是，该技术常规只能用于非调质钢材料，其原因在于难以控制调质合金钢涨断时断裂面的结构；同时，与普通发动机连杆大、小头孔采用滑动轴承即轴瓦结构不同，小型活塞式航空发动机一般采用滚动轴承，连杆大、小头孔还要作为滚动轴承的外圈滚道，因而对形状精度和强、硬度有着更高要求，即大、小头孔内壁要求高硬度高强度，大、小头孔外侧则与连杆杆身一样，要求低硬度高韧性和刚性。因此，传统上的小型活塞式航空发动机一直采用整体式连杆与分体式曲轴组合，但是，这种曲轴结构使曲轴承载能力、抗剪能力较差，使得发动机难以承载3g以上加速度的冲击，严重限制了各类无人飞行器的起降方式和使用范围。

发明专利cn103939454b公开了“一种发动机涨断连杆及其加工方法”；在专利cn205101383u提出了“一种发动机涨断连杆”；在专利cn203585055u中公开了“一种涨断连杆”。上述专利所提出的涨断连杆都是通过在大头孔及其端面开设涨断槽的形式，并在大头孔中向外施加机械力，使连杆从应力集中且强度最低的涨断槽断裂，该结构适用于在连杆大头孔中设置轴瓦、衬套的结构形式，其连杆大头孔母线均为非完整连续的圆柱面，不能作为滚针轴承外滚道；而且连杆的材料也均为非调质合金钢材料。上述专利技术所提供的连杆结构在涨断时要通过对大头孔壁施以机械外力，使连杆孔易产生形状变形和机械应力，从而影响使用的可靠性和耐久性。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种小型航空活塞发动机涨断式连杆；该涨断式连杆结构简单、强度高，在连杆大端头设置有涨断孔，涨断孔内设置引裂用的涨断槽，涨断时无须对大圆孔施加机械力；连杆结构刚性强、重量轻且工艺性好、涨断合格率高、变形小且使用便捷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括连杆端盖、连杆、涨断孔、涨断槽、螺栓、油槽、加强筋、大端油孔、小端油孔，所述连杆一端为连杆大端头，另一端为连杆小端头，连杆小端头设置有小圆孔，连杆大端头与连杆端盖通过螺栓连接组成大圆孔，连杆端盖位于连杆大端头端部，所述连杆大端头的两侧对称有凸台，连杆大端头凸台上的涨断断面中间对称开有涨断孔，且位于涨断孔的对称位置设有若干涨断槽，涨断槽相对于涨断断面对称设置，涨断槽在涨断加工时形成初始断裂源；

所述连杆大端头的涨断孔均以连杆中心线对称设置，连杆大端头上的涨断孔为锥孔或直孔，涨断孔半径与涨断断面宽度相一致，所述连杆大端头的中心线与连杆大端头两侧的涨断孔、涨断槽的中心线及涨断断面的中心线重合；

所述连杆上靠近小圆孔和大圆孔相对的一侧分别设有大端油孔和小端油孔，小圆孔和大圆孔顶端分别设有与小端油孔和大端油孔贯通的油槽；所述连杆与连杆大端头连接部位设有加强筋。

所述涨断槽为v形结构，涨断槽角度为40～60°，涨断槽槽深为0.4～0.9mm。

所述连杆大端头与连杆端盖的端面上分别设置有多个油槽，油槽以大圆孔中心均布,其中一个位于连杆大端头的中心线上，油槽截面为弧形，油槽的圆心角为120°，油槽宽度为4～5mm，油槽深度为0.5～0.8mm。

所述连杆和连杆端盖的材料为调质合金钢，连杆和连杆端盖局部采用渗碳或渗氮处理。

所述连杆横截面为工字形。

有益效果

本发明提出的一种小型航空活塞发动机涨断式连杆，该涨断式连杆结构简单、强度高，有效地解决了调质合金钢连杆的涨断断裂面结构问题，在连杆大端头设置有涨断孔，涨断孔内设置引裂用的涨断槽，涨断时无须对大圆孔施加机械力；使得连杆涨断变得更加容易，优化的结构使连杆涨断后外表面缺损减少，实现调质合金钢连杆的涨断，便于组织发动机结构，拓宽了小型航空活塞发动机的使用范围。

本发明小型航空活塞发动机涨断式连杆，其涨断孔及涨断槽的结构方式减少了涨断断面受力面积，使涨断力减小，使得涨断后缺损尺寸减少；涨断时由于连杆大圆孔不受力，减少了连杆大端头变形，改善了接合面的质量，使连杆承载能力、抗剪切能力与装配质量大幅度提高；连杆大、小端头的内孔润滑效果增强，提高了效率。

本发明小型航空活塞发动机涨断式连杆，连杆结构紧凑、强度高、刚性好、重量轻且工艺性好、涨断合格率高、变形小且使用便捷，有效地提升了产品可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种小型航空活塞发动机涨断式连杆作进一步详细说明。

图1为本发明小型航空活塞发动机涨断式连杆示意图。

图2为本发明的连杆和连杆端盖结构示意图。

图3为本发明的连杆大端头及涨断孔结构剖面图。

图4为本发明的连杆大端头、螺栓孔、涨断孔的局部结构示意图。

图5为本发明的连杆横截面剖视图。

图中

1.连杆端盖2.连杆大端头3.连杆4.连杆小端头5.小圆孔6.大圆孔7.涨断孔8.涨断槽9.螺栓10.油槽11.涨断断面12.加强筋13.大端油孔14.小端油孔

具体实施方式

本实施例是一种小型航空活塞发动机涨断式连杆；是为小型航空活塞发动机提供的一种调质合金钢材料的涨断式连杆结构。

参阅图1～图5，本实施例小型航空活塞发动机涨断式连杆,由连杆端盖1、连杆大端头2、连杆3、连杆小端头4、小圆孔5、大圆孔6、涨断孔7、涨断槽8、螺栓9、油槽10、涨断断面11、加强筋12、大端油孔13、小端油孔14组成；其中，连杆3一端为连杆大端头2，连杆3另一端为连杆小端头4，连杆小端头4设置有小圆孔5，连杆大端头2与连杆端盖1通过螺栓9连接组成大圆孔6，连杆端盖1位于连杆大端头2端部。连杆大端头2的两侧对称有凸台，连杆大端头2凸台上的涨断断面11中间对称开有涨断孔7，且位于涨断孔7的对称位置设有若干涨断槽8，涨断槽8相对于涨断断面11对称设置，涨断槽8在涨断加工时形成初始断裂源。连杆大端头2的涨断孔7均以连杆中心线对称设置；连杆大端头2上的涨断孔7加工为锥孔或直孔，涨断孔7半径与涨断断面11宽度相一致；该尺寸设置不会影响连杆大端头2的强度，又能优化涨断面，减小涨断面积、降低涨断难度，保证涨断效果。连杆大端头2的中心线与连杆大端头2两侧的涨断孔7、涨断槽8的中心线及涨断断面的中心线重合。涨断槽8为v形结构，涨断槽8角度为40～60°，涨断槽8槽深为0.4～0.9mm。在本实施例中，同一根连杆的两个角度值应一致，左右偏差不大于1°，槽深度也要一致，偏差不大于0.15；该v形涨断槽形成的初始断裂源能保证涨断效果，而且，两个涨断槽8的深度相同并呈线性结构，可保证在涨断时大圆孔两端同时断裂，并使变形减小，提高成品率。

本实施例中，连杆3的横截面为工字形，以增强刚性并减轻重量。连杆3杆体的工字型凹槽两端靠近小圆孔5和大圆孔6相对的一侧分别设有小端油孔14和大端油孔13，小圆孔5和大圆孔6顶端分别设有与小端油孔14和大端油孔13相贯通的油槽；连杆大端头2与连杆端盖1的端面上分别设置有多个油槽10，油槽10以大圆孔中心均布,其中一个油槽10位于连杆大端头2的中心线上，油槽10截面为弧形，油槽的圆心角为120°，油槽宽度为4～5mm，油槽深度为0.5～0.8mm。工作时，润滑油从大圆孔6两侧面油槽10以及顶部油槽进入大圆孔6中，对大端轴承进行润滑和冷却，在曲轴高速运转所产生的惯性离心力的作用下，大圆孔6的润滑油通过大端油孔13、连杆3杆身、小端油孔14进入小圆孔5内孔对小端轴承进行润滑，以增强润滑功效，减小摩擦损失并冷却轴承。

本实施例中，连杆3与连杆大端头2连接部位设有加强筋12。连杆3和连杆端盖1的材料为调质合金钢，连杆3和连杆端盖1局部采用渗碳或渗氮处理。为实现涨断断面11可控结果的脆断，涨断孔7、涨断槽8及凸台的涨断断面11外表面部位均进行表面化学热处理，以提高其利于涨断的表面硬度和脆性。

本实施例中，所用材料为18cr2ni4w、20crmnmo、20crnimo和20crmoa，并按使用和工艺需求对局部辅以渗碳和高频淬火处理；或采用材料为30cr3mo，38crmoal，42crmoa，并按使用和工艺需求对局部辅以氮化处理。使连杆增加使用寿命，提高发动机的性能，提高涨断工艺性和减少断面收缩率控制断裂面结构。