发动机连杆失效分析
柴油机连杆组件常见故障分析与排除
柴油机连杆组件常见故障分析与排除柴油机连杆组件是柴油机发动机内的重要部件之一，其功能是将活塞的上下往复运动转化为曲轴的旋转运动，并传递到其他部件上。
在柴油机工作过程中，连杆组件可能会出现一些常见故障，本文将对这些故障进行分析并介绍排除方法。
一、连杆轴颈磨损故障连杆轴颈磨损是连杆组件常见的故障之一。
磨损主要由于润滑不良或磨料进入机内引起的。
当连杆轴颈磨损严重时，会导致连杆与曲轴之间的间隙变大，进而影响发动机的工作性能。
排除方法：1. 定期更换机油和机滤，保持润滑系统良好状态，减少磨损的发生；2. 检查空气滤清器，防止磨料进入发动机；3. 定期对连杆轴颈进行测量和检查，及时发现和修复轴颈磨损的部位。
二、连杆连接螺栓断裂故障连杆组件的另一个常见故障是连接螺栓断裂。
螺栓断裂主要由于螺栓材料质量不好、螺栓松动或受力不均匀等原因引起的。
当螺栓断裂时，会导致连杆组件失去固定作用，对发动机带来严重损害。
排除方法：1. 选用质量良好的螺栓材料，并注意正确的安装方法；2. 定期检查螺栓的紧固情况，确保螺栓安全可靠；3. 密封螺栓连接处，以防止松动。
排除方法：1. 避免过载工作，保持发动机工作在正常负荷下；2. 定期检查曲轴和连杆的间隙，及时发现和修复弯曲的连杆。
五、连杆组件松动故障连杆组件的松动是由于螺栓紧固不良、螺栓松动或连接面松动等原因引起的。
连杆组件松动会导致传动间隙变大，进而影响发动机的工作性能。
排除方法：1. 定期检查螺栓紧固情况，确保螺栓连接牢固；2. 定期检查连接面的松动情况，及时修复松动的连接面。
连杆组件的常见故障有连杆轴颈磨损、连接螺栓断裂、连杆轴瓦磨损、连杆弯曲和连杆组件松动等。
对于这些故障，我们可以通过定期检查和维护机油系统、螺栓紧固和连接面的状态来进行排除。
在使用过程中要避免过载工作，保持发动机在正常负荷下工作，以延长连杆组件的使用寿命。
某汽油机连杆断裂失效分析
Internal Combustion Engine &Parts0引言连杆是发动机高速运动件之一，对发动机的可靠性和耐久性至关重要。
某国六汽油机为了满足低油耗目标，对连杆进用了轻量化设计，并在开发过程中通过了多轮800h 耐久试验。
但是在进行50h 断油转速试验时，发生了连杆断裂，击穿缸体的失效故障。
本文通过一系列分析，寻找问题根源，并提出改进方案。
1背景描述某国六汽油机连杆为了轻量化，采用了近几年锻钢连杆的主流材料-新型高性能中碳钢46MnVS5。
它的综合性能比较好，兼顾高强度和易加工性，其机械性能见表1。
抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率%端面收缩率%1000~1150⩾750⩾8⩾25表1连杆材料机械性能某国六汽油机进行50h断油转速试验，41.5h 出现异响，紧急停机，发现第1缸连杆体从机体进气侧飞出，连杆盖击穿机体排气侧并卡滞在其中。
活塞碎裂，仅剩头部。
连杆失效照片见图1。
图1连杆失效照片目视失效状态：①连杆有四处断裂，分别位于：小头45°方向、左侧杆身跟大头过渡处、左侧大头端螺栓法兰面附近、右侧螺栓靠近涨断面位置；②连杆杆身变形严重，发生弯曲和扭转；③左侧螺栓弯曲，右侧螺栓断裂。
右侧弯曲螺栓和左侧断裂螺栓的残留部分跟螺栓孔的啮合良好，无退牙现象；④连杆大小头孔均无发蓝发黑等过热现象。
2原因分析断口分析是找到零件疲劳失效源头的一个快速有效的方法，通过断口分析可以快速排除零件二次断裂失效位置。
活塞的断口新鲜，为过载断裂，未见明显缺陷，判断活塞应该为受害件。
连杆大小头孔无发蓝发黑等过热现象，说明不是因为衬套或轴瓦烧瓦导致连杆失效。
主要对连杆及螺栓进行断口和材料的检测分析。
2.1连杆断口及材料检测除了断口C 外，其余断口均较为粗糙，为过载断口。
断口C 较为平整，微观显示该断口局部有细小的疲劳裂纹，表明为疲劳断裂。
但由于断口损伤严重，无法对裂纹起始点进行微观观察。
根据断口微观纹路推断，裂纹起源于断口上方区域，然后扩展，方向如图2箭头所示。
柴油机连杆组件常见故障分析与排除
柴油机连杆组件常见故障分析与排除柴油机连杆是柴油机的关键组件之一，起着连接曲轴与活塞的作用，是转换曲轴旋转运动为活塞往复运动的重要部件。
由于连杆处于高速、高温、高压和重负荷工作环境下，长期使用后容易出现一些常见故障。
本文将介绍柴油机连杆组件常见故障的分析与排除方法。
第一种常见故障是连杆出现可疑声音。
柴油机在运行过程中，如果连杆出现异常声音，一般是由以下原因引起：1. 连杆轴承磨损：连杆轴承磨损严重时会出现金属的摩擦声，需要检查并更换磨损的轴承。
2. 连杆大端轴承松动：大端轴承松动会导致连杆与曲轴之间的游隙增大，产生撞击声音，这时需及时调整或更换轴承。
3. 连杆螺栓松动：连杆螺栓松动会导致连杆杆头与活塞螺栓碰撞发出金属敲击声，需检查并更换螺栓，并确保螺栓拧紧。
4. 活塞销松动：活塞销与连杆的连接处如果出现松动，会产生类似敲击声的噪音，需要检查并重新装配连杆与活塞。
第二种常见故障是连杆变形。
连杆在工作过程中受到巨大的力和压力，容易发生变形。
连杆变形会导致活塞运动不正常，加速活塞、连杆和曲轴的磨损，因此需要及时处理。
连杆变形的原因一般包括以下几种情况：1. 连杆过热：柴油机在高温工作条件下，连杆受到的热负荷较大，会导致连杆金属材料的热胀冷缩，进而引起连杆变形。
必要时需对冷却系统进行检修和调整。
2. 连杆过载：柴油机在负荷过大或不平衡工况下工作时，会导致连杆承受的载荷过大，从而引起连杆变形。
此时需检查并调整负载，并确保各缸工作平衡。
3. 连杆制造质量不良：连杆在制造过程中如果存在材料不均匀、工艺不合理等问题，容易导致连杆变形。
此时需更换合格的连杆组件。
排除连杆变形的方法主要包括以下几个方面：1. 热处理：对变形严重的连杆进行热处理，通过加热和冷却过程消除或减小连杆的变形程度。
2. 加工修复：对变形的连杆进行加工修复，通过加工和矫正来恢复连杆的原始形状和尺寸。
3. 更换连杆组件：如果连杆变形严重到无法修复的程度，需要更换全新的连杆组件。
发动机连杆常见的失效形式及热处理质量检验
求 严格 的 发 动 机 连 杆 ，在保 证 连 杆具 有 足够 承 载 能 力不 致 断裂 的 前 提 下 ，提 高 连 杆 的使 用寿 命 就 取 决 于连 杆 表 面 的抗 磨 损 能 力 。
（ ３）过 载 失 效 过 载 失 效
应 对 原 材 料 进 行 严 格 的 检 验 ，避
以 疲 劳 失 效 居 多 。疲 劳 失 效 实 际 上 是 应 力应 变 下 微 裂 纹 的 产 生 过
方面 ，通 过 喷 丸 强化 等 表 面 处
理 工艺 ，使 裂 纹 源 产 生 位 置 转 移
参 磊
… 熟 ６ ３ 来自Ｆ ｌ 失 效 分 析
作过 程 中 出现 了非 正 常 载 荷 。在 对 发 动机 连 杆 失 效 形 式 进 行 统 计 时 ，连 杆 作 为首 断 件 ，发 生 过 载
Ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｂ ￣ 幽 Ｉ 失 效 分 析
发动机连杆常见的失效形式及 热处理质量检验
● 夏 申琳 ，王 刚 ，王 明建
摘 要 ：通 过 对 发动机 连杆 常 见失 效 形式 的 分析 ，指 出热 处理 缺 陷是连 杆 失效 的重 要原 因之一 ，为防止 由于热 处理 质量 引起 连
料 表 面 应 力 状 态 ，提 高 连 杆 的 疲 劳寿命。
连 杆 组 件 是 发 动 机 上 传递 动 力 的 关 键 运 动 部 件 。连 杆 组 件 在 工 作 中受 到 周 期 性 的 交 变 载 荷 ，
是 承 受 冲 击 力和 动 态 应 力 最 高 的
料 中含有缺陷 、夹杂 ；构件中含 有 台 阶 、小 裂 纹 等 几何 不 连 续 处 ）产生疲劳源 ，萌生裂纹 ，在
一
是指工作载荷超 过材料 本身的承
柴油机连杆组件常见故障分析与排除
柴油机连杆组件常见故障分析与排除柴油机连杆是柴油机的重要组成部分之一，也是承受发动机压力最大的部件之一。
连杆组件的故障对于柴油机的正常工作极为重要。
本文将对柴油机连杆组件的常见故障进行分析，并介绍相应的排除方法。
柴油机连杆组件常见故障主要有以下几种情况：1. 连杆磨损：由于连杆在工作时承受高压、高温和高速的冲击，容易发生磨损。
磨损主要表现为连杆的直径变小、圆锥度增大等现象。
连杆磨损会导致气缸套内缸体与连杆接触面积减小，进而使燃气泄漏增加，降低发动机的功率和效率。
此时，需要更换磨损的连杆，或进行修复。
2. 连杆弯曲：连杆在工作时，受到燃气压力和惯性力的作用，易发生弯曲。
连杆弯曲会引起气缸、曲轴箱等部位的磨损，甚至会导致气缸套和活塞的碰撞。
连杆弯曲的原因主要有：过度负荷工作，油润滑不足，冷却不良等。
发现连杆弯曲后，应及时更换新的连杆。
3. 连杆轴承磨损：连杆轴承是连接连杆和曲轴的部件，其磨损会导致连杆与曲轴之间的间隙增大，从而引起敲缸现象。
连杆轴承磨损的原因主要有：润滑油质量不好，油封失效，润滑油温度过高，异物进入润滑系统等。
当连杆轴承磨损严重时，需更换新的轴承，并检查润滑系统，消除引发磨损的原因。
4. 连杆断裂：连杆断裂是一种严重的故障，一般发生在连杆处于受力和冲击最大的工况下。
连杆断裂的原因主要有：连杆材质不良，制造工艺不合格，连杆使用寿命过长等。
连杆断裂会导致发动机失去动力，甚至会造成严重的事故。
在使用过程中应定期检查连杆的状况，及时更换疲劳损坏的连杆。
对于以上常见故障，应采取相应的排除方法来修复。
1. 对于连杆磨损，可通过研磨、打磨等方式进行修复。
修复时应注意不要过度研磨，以免破坏连杆的平衡性。
如果磨损严重，建议更换新的连杆。
2. 对于连杆弯曲，应首先找到引起弯曲的原因，并予以修复。
如果连杆弯曲较轻微，则可以通过加工修复，将其复原。
如果弯曲较严重，则需要更换新的连杆。
3. 对于连杆轴承磨损，首先应更换新的轴承，然后彻底清洗润滑系统，并注意加强润滑油的质量和温度控制。
柴油机连杆组件常见故障分析与排除
柴油机连杆组件常见故障分析与排除柴油机连杆组件是柴油机的重要部件之一，起着连接曲轴和活塞的作用。
由于连杆组件在运转过程中承受着较大的力和压力，因此常常出现故障。
下面将介绍柴油机连杆组件的常见故障分析与排除方法。
1. 连杆螺栓断裂：连杆螺栓是将连杆与曲轴和活塞连接在一起的关键部件。
螺栓断裂可能是由于螺栓材料的不良质量或使用过程中超负荷运转引起的。
对于断裂的螺栓，需要将其更换为质量可靠的螺栓，并进行适当的紧固力。
2. 连杆大头或小头磨损：连杆大头和小头与活塞销和曲轴连接，容易受到摩擦和磨损的影响。
当连杆大头或小头出现磨损时，应及时更换。
在更换时要注意选择合适的尺寸以确保与其他部件的匹配。
3. 连杆轴颈磨损：连杆轴颈是与曲轴连接的部分，由于摩擦和磨损，容易导致连杆轴颈磨损。
磨损过多会导致松动和振动，严重时可能会使连杆折断。
对于磨损严重的连杆轴颈，需要进行修磨或更换。
修磨时要注意保持正确的尺寸和圆度。
4. 连杆大头或小头磨裂：连杆大头或小头在运转过程中由于受到冲击和振动的影响，可能会出现磨裂的情况。
磨裂可能会导致连杆失效，因此需要及时更换。
5. 连杆销磨损：连杆销与连杆大头和活塞销连接，承受着活塞运动带来的冲击和振动。
长时间使用后，连杆销容易磨损。
当连杆销磨损严重时，需要更换为新的连杆销。
在更换连杆销时，要确保与连杆大头和活塞销的匹配度。
6. 连杆轴承磨损：连杆轴承处于曲轴与连杆之间，承受着较大的力和压力。
长时间使用后，连杆轴承会出现磨损。
磨损严重的连杆轴承将影响柴油机的正常工作，因此需要定期检查并更换磨损的连杆轴承。
柴油机连杆组件的故障分析与排除需要对连杆螺栓、连杆大头和小头、连杆轴颈、连杆大头或小头、连杆销和连杆轴承进行检查和维护。
及时发现并解决这些故障，可以保证柴油机的正常运转和延长使用寿命。
柴油机连杆断裂失效分析
某型柴油机装车运行约５ ０ ｋ ０ ｍ后 ，发生 了连杆 断裂致使发动机无法起动而导致车辆无法正常运行 的
严 重 事 故 。 该连 杆 材 质 为Ｙ ３ Ｍｎ ，其 主 要 生产 工 Ｆ５ Ｖ 艺为 ：下 料一 车 削一 中频 感应 加 热一 锻 造一 冷 却一 精 压一 回火一 抛丸一 机 械加 工 。
．
土 产 琐 生 严 悭 场。
柴油机连杆 断裂 失效分析
摘要 ：为 了找 到柴油机连杆 在汽车行 驶过程 中发生断 裂的原 因 ，采 用化学 分析、扫描 电子显微 镜分析 、金相组织 分析 、硬度 分析等 方法进行 分析 。结果表 明 ，连杆 金相 组织严 重混晶和硬度偏 低
导致其 在运行过程 中使连杆 小头 内孔表面 产生 了咬伤沟槽和微 裂纹 ，咬伤 沟槽 区在汽车运行 中产 生 较大 的应 力集 中最 终导致柴油 机连杆早期 疲劳断裂 。本文对 断裂的柴油机 连杆进行 了失效分析 ，找
存在明显的沟槽擦伤 。
１ 失效模 式分 析
图１ 为连 杆 在 柴 油 机 内断 裂 的 宏 观 形 貌 ， 断 裂
发 生 在 连 杆 小 头 与杆 身 连 接 的 过 渡 区 。 图 ２ 连 杆 为 小头 断 裂 部 位 的 断 口宏 观 形 貌 ， 断 口可 分 为疲 劳 源
区 、 扩 展 区 和 瞬 断 区。 疲 劳 源 区 为小 孔 内侧 表 面 ，
到 了连杆断 裂的主要原 因 ，从而 为连杆 的生产 工艺 改进 提供 了依据 。
关键 词 ：柴油 机 连杆 断裂 失效分析 文献标识 码 ：Ｂ
中图分 类号 ：Ｕ ６ ．３ ４ 家庄 钢铁 有 限责任 公 司开 发部 李绍 杰
樊一丁
２ 年第７ ０１ １ 期
发动机曲柄连杆机构的常见故障及维修措施
发动机曲柄连杆机构是引擎中最重要的零件之一，负责将活塞运转转化为引擎的动力。
由于长期运转及使用不当等原因，曲柄连杆机构也容易出现故障。
本文将介绍发动机曲柄连杆机构的常见故障及维修措施，以帮助人们更好地维护车辆。
一、故障种类1.连杆垂直间隙不足若连杆垂直间隙不足，就会导致引擎活塞与连杆受到无法消除的挤压力，从而出现回路、跑油等故障。
2.连杆螺栓脱落连杆螺栓一旦脱落，就会导致连杆脱离曲轴，引发额外的故障。
3.曲轴解体若曲轴不均衡，就容易发生断裂或开裂情况。
此时，就要进行更换或修理曲轴，否则会进一步损坏连杆和活塞。
4.连杆铜套磨损连杆铜套磨损也是常见故障之一，这是因为连杆铜套的磨损程度可能会影响连杆接触面形状。
这种故障影响某些受力部位的寿命和使用效果。
5.活塞环损坏活塞环主要承受活塞的热膨胀和油膜的润滑和密封作用。
若活塞环损坏，会严重影响引擎的性能和油耗，并有可能引发更严重的事故。
二、维修措施1.检查连杆垂直间隙检查连杆垂直间隙是保持引擎正常运转的重要工作。
对于垂直间隙不足的曲柄连杆机构，可以采用金属线或薄膜，将两个铜垫片插入找到的缝隙。
其目的是在提高间隙大小时，使螺钉迅速固定和扭紧。
2.更换连杆螺栓对于连杆螺栓脱落的情况，需要将其更换。
更换连杆螺栓是一个繁琐而且费用较高的工作，可以考虑使用更高质量的螺栓，并进行预防措施，如安装飞机锁和loctite。
3.修理曲轴若曲轴损坏或受损，需要进行修理或更换。
曲轴的价格较高，更换曲轴的工作较复杂。
如果曲轴出现了小故障，可以考虑进行更改和修复，并采取预防措施。
4.更换连杆铜套替换连杆铜套是另一个防止发动机出现故障的方法。
如果连杆铜套的磨损很严重，则只能将其更换为新的套子。
5.更换活塞环更换活塞环是一项需要提前准备的工作，因为活塞环的价格较高，更换工作较复杂。
可以考虑使用更高质量的活塞环保证其耐久性。
三、结论在维护发动机的过程中，维护曲柄连杆机构是非常重要的。
对于长期运转和使用不当等原因导致的曲柄连杆机构的故障，应采取相应的维修措施。
结合具体事例分析汽车发动机连杆的疲劳失效重点
结合具体事例分析汽车发动机连杆的疲劳失效研究课题论文院系: 机电工程学院专业: 材料科学与工程学号:学生姓名:指导教师: 宋玉强目录工程材料单向静拉伸条件下力学性能的研究一、基本知识1.1连杆 (1)1.1.1连杆结构 (1)1.1.2 连杆制造工艺 (2)1.1.3 连杆受力分析：有限元计算 (4)1.1.4 钢锻连杆使用材料 (5)1.2疲劳失效机理 (5)1.2.1 静力破坏 (5)1.2.2疲劳特点 (6)1.2.3 过程机理 (6)1.2.4 疲劳力学性能指标 (7)1.2.5 疲劳强度测试 ............................................................... 7 1 1二、汽车发动机连杆的疲劳失效事例分析2.1事例1 小型轿车发动机连杆断裂失效分析 ........................................ 8 82.1.1检验设备及方法 (9)2.1.2 连杆断裂原因及分析 (9)2.1.32.2 分析与讨论 ............................................................. 10 事例2 客车柴油机连杆断裂失效分析 . (11)2.2.1 试样 (11)2.2.2连杆加工工艺 (11)2.2.3试样检验与分析 (11)2.2.4疲劳寿命计算 (13)2.2.5连杆失效分析与讨论 (13)三．总结四．参考文献14 16摘要: 连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据的分析来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率、以及设备维护、维修等因素均可能造成失效。
在探寻连杆失效原因方面，常常采用显微硬度机、光学显微镜和扫描电子显微镜等分析手段，从组织结构方面对连杆失效原因进行分析；或采用运动学和动力学相结合的分析方法，模拟分析连杆的工况，从疲劳失效方面寻找造成失效的原因。
发动机连杆螺栓断裂失效分析
2021年 第4期 热加工771 序言对于汽车发动机而言，连杆螺栓不仅是将螺栓头部和螺杆联接在一起的紧固件，还是联接连杆大端轴承座与轴承盖使之成一体的重要螺栓。
连杆螺栓不仅受到装配时的预紧力[1]，在发动机的运行中还要承受活塞连杆往复运动惯性力和连杆旋转离心力的交变载荷作用，而且在气缸的压缩和做功行程中，还要受到每分钟上千次交变应力的冲击[2]。
各种失效模式的研究和案例也时有报道[3-6]，对汽车用断裂螺栓进行失效分析，研究其产生故障的特征、规律及原因，可为汽车的生产、使用或维修中采取有针对性地改进和预防措施提供理论依据，防止同类故障再次发生[7]。
2020年2月，某故障发动机在拆机之后发现其中一缸的进、排气部位缸体被击穿，连杆外露，另有紧固连杆的两根螺栓发生断裂（见图1）。
通过对断裂螺栓进行失效分析，主要包括断口分析、材料鉴定、拧紧工艺排查等方面，对螺栓的整个生命周期环节做了梳理，试图从螺栓的设计、生产检测以及拧紧工艺等方面找出螺栓断裂的原因，并解决连杆螺栓断裂问题。
2 连杆螺栓2.1 化学成分分析断裂螺栓规格为M8×1.0×40-6h ，其强度等级为10.9级，螺栓材料SCM435，是JIS G4035—2003中的一种热轧钢线材，属于低合金结构用钢，主要合金元素是Cr 、Mo 。
表1列出JIS G4035—2003中SCM435化学成分标准要求和断裂螺栓的化学成分分析结果，符合要求。
发动机连杆螺栓断裂失效分析叶枫，陈旺湘，胡志豪，马照龙浙江义利汽车零部件有限公司 浙江义乌 322000摘要：故障发动机被拆解之后发现固定连杆轴瓦的两根螺栓发生了断裂，通过对断裂螺栓进行宏观观察、SEM 显微分析以及对断口附近材料进行材质分析，研究确认连杆螺栓的断裂形式、原因，并提出相关改进措施。
结果表明：连杆螺栓断裂性质属于疲劳断裂，其中一根螺栓是完全疲劳断裂，另一根是部分疲劳和部分剪切断裂。
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v .. . ..汽车发动机连杆失效分析学院机电工程学院作者XXX学号XXXXXXXX 专业班级XXXXXXXX 小组成员XXXXXXXXXXXXXX指导教师XXXXXX2013年12月目录引言 (3)一．基本知识 (3)1. 连杆的结构 (3)2. 制造工艺 (3)3. 钢锻连杆使用材料 (3)4. 连杆受力分析及有限元法 (3)二．断口理化检验 (3)1. 材料化学成分 (3)2. 断口外观质量和失效形貌 (3)3. 微观断口夹杂物检测分析 (3)4. 断口金相组织 (3)5. 断裂位置 (3)三．失效原因（断裂原因） (3)1. 失效原因总结 (3)2. 连杆疲劳强度研究 (3)3. 连杆疲劳寿命预测 (3)四．总结 (3)1. 影响疲劳强度的主要因素 (3)2. 对连杆生产的建议 (3)五．参考文献 (3)引言连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率以及设备维护、维修等因素均可造成失效。
连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，并把活塞上的力传给曲轴。
连杆小端做往复运动，大端做旋转运动，杆身做复杂的平面运动，它承受活塞传来的气体压力，往复运动惯性力及本身摇摆所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆失效。
据统计，连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。
摘要：连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。
本文主要对钢锻连杆进行分析，并从连杆结构、制造工艺、受力分析、所选材料以及断口组织结构等方面对失效原因和疲劳破坏进行分析总结。
关键词：汽车、发动机、钢锻连杆、失效分析、疲劳连杆作为传递力的主要部件广泛地应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。
发动机连杆的作用是将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动，实现发动机由化学能转变为机械能的输出。
发动机连杆连接活塞和曲轴，将活塞承受气体作用力传给曲轴，使曲轴旋转对外输出动力，工作时承受很高的周期性冲击压力、弯曲力和惯性力，这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能，连杆体的几何结构有良好的结构刚度。
同时也因连杆是发动机重要的运动部件，而高速运动产生的惯性力又要求结构轻巧，所以要求连杆在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度、强度和质量精度。
［1］一．基本知识1. 连杆的结构连杆（connecting rod）连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。
连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞。
杆身通常做成“工”或“H”形断面，以求在满足强度和刚度要求的前提下减少质量。
连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。
一般做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓连接为一体。
连杆轴瓦：安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈装和在一起，是发动机中最重要的配合副之一。
2. 制造工艺钢制连杆都用模锻制造毛坯。
它的锻造工艺有两种方案, 将连杆体和盖分开锻造, 连杆体和盖整体锻造。
钢锻连杆的一般制造工艺如下：原材料→断料→锻造坯料→精模锻→调质处理→喷丸→硬度及表面检查→矫正→精压→探伤→精加工→成品。
［2］按照连杆体和盖的剖分方法，目前连杆制造工艺主要分为2种：（1）传统连杆制造工艺。
体、盖为整体锻造结构，经过粗加工后，采用锯断法将体、盖分离，精加工结合面后再组装进行其它精加工；（2）连杆裂解工艺。
与传统工艺的区别体现在断裂面呈现犬牙交错的自然断裂表面，由此使其具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、生产成本低等优势。
此外，裂解工艺还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量大幅度。
传统连杆的大批量生产较多采用专用机床，工序较多。
加工过程中基准需经过多次转换，精度不易保证，适应性较差。
现在连杆制造工艺，采用数控加工中心完成机加工，工序集中，基准统一，而且可以随产量的增长而灵活调整，是一种既经济、适应性又强的先进生产方式。
3. 钢锻连杆使用材料①碳素钢和合金钢国内一般中、小型汽油机及柴油机连杆采用的传统材料是碳素调质钢和合金调质钢，通常小功率的发动机采用碳素调质钢，大功率的发动机采用合金调质钢。
碳素钢中碳的质量分数为：0.40%～0.55% ；合金钢主要添加的合金元素是铬、锰、钼、硼等，可单独添加或复合添加。
［3］碳素钢连杆的调质硬度一般在229~269HBS，合金钢连杆的调质硬度可达到300HBS，但最高不超过330HBS，这主要是考虑后续的机械加工。
调质连杆具有足够的强度和塑性，一般碳素钢抗拉强度可达到800 MPa以上，冲击韧度在60 J/cm²以上；合金钢调质钢抗拉强度可达到900 MPa以上，冲击韧度在80J/cm²以上，可满足连杆的可靠性要求。
调质钢连杆的制造工序是，棒料经过剪切，热锻成形，调质处理，强力喷丸、机械加工，装配和检测。
②非调质钢非调质钢的强化机理是在中碳钢的基础上添加钒、钛、铌等微合金元素，通过控制轧制或控制锻造过程的冷却速度，使其在基体组织中弥散析出碳、氮的化合物使其得到强化。
非调质钢省略了锻后的热处理，从而节省了能源，减少了生产工序，降低了成本。
另外，由于省略了调质工序，避免了零件在热处理工序中产生的淬火裂纹和变形等一系列的质量问题，对提高产品质量有一定的好处。
非调质钢按其强韧可以分4类（如表1）其中基本型和高强度型适用于发动机连杆。
③粉末烧结粉末烧结锻造工艺在20世纪60年代就已出现。
当时，美国、日本及欧洲的一些国家均进行了大量的试验研究工作。
由于当时金属粉末的种类极少，又受到成本的限制，发展不快。
随着金属粉末、合金粉末的开发及相关工业的发展，粉末烧结锻造工艺也相应的得到发展，并且逐渐的应用到汽车结构件的制造之中。
4. 连杆受力分析及有限元法对连杆高速运动中的受力状况进行理论分析，需结合有限元软件ANSYS对活塞连杆进行三维准静态有限元分析研究，计算模型与实际结构、工作状况相符；采用接触算法，以理论分析为依据，模拟分析为手段，找出导致连杆失效的主要因素。
活塞连杆组的运动状况如图1所示。
其中，小头端随活塞组做往复直线运动，大头端绕曲柄销做旋转运动，杆身部分为往复运动和摆动所合成的复合运动；连杆的受力情况较为复杂，在其杆身的每一个截面上都会有弯矩、剪力和法向力，但弯矩和剪力都不大，杆身的主要载荷是交变的拉压负荷。
［4］图1活塞连杆组的运动柴油机活塞连杆组的运动极不均匀，伴随着很大的加减速度，产生超重上千倍的惯性负荷，对连杆的强度和耐久性影响很大，并导致振动和噪声。
这些惯性负荷主要有：活塞组件往复运动所产生的往复惯性力，曲轴不平衡回转质量回转运动所产生的离心力，连杆运动所产生的惯性力。
［5］受计算机技术限制，以往的连杆有限元分析计算一般是将连杆计算模型简化成二维平面问题来处理。
近年来随着计算机技术的发展，计算机的计算能力越来越大，连杆计算越来越多采用三维有限元分析。
三维有限元分析时因单元数量多，计算量庞大，资源占用严重，所以通常连杆分析模型一般不包括活塞销和连杆轴颈，连杆受力是通过加在连杆大、小头孔内表面的载荷来简化计算分析。
模型简化会给建立模型、划分网格、分析计算等过程带来方便，所需的计算资源减少，但同时带来的问题是简化处理过多会影响计算结果精度。
接触问题是有限元分析中的一个难点。
因为连杆与活塞销、曲轴等零件相互作用组成一个受力系统，每个零件间的接触表面有力的相互作用。
采用接触分析法能最大限度地模拟连杆与活塞销、曲轴间的关系。
［6］因此，本文采用接触法来对发动机连杆进行分析，分析过程中同时考虑到活塞销和连杆轴颈，在连杆与活塞销、连杆与连杆轴颈间分别建立弹性接触对，用接触对来模拟连杆与活塞销、连杆与连杆轴颈间的连接关系，使连杆分析模型尽量与连杆工作的实际状况相吻合，实现准确分析的目的。
二．断口理化检验采用QUANTA-400 型扫描电镜对失效连杆断口进行形貌观察分析。
从连杆断口附近切取试样进行抛光，经4%HNO3酒精溶液腐蚀后，用LEICA DMI5000M光学显微镜观察其显微组织。
连杆的化学成分采用化学粉末法进行分析。
1. 材料化学成分碳素调质钢和合金调质钢是连杆用钢的传统钢种，如：40Cr连杆，其化学成分如下：2. 断口外观质量和失效形貌具体取样位置见示意图2。
连杆杆身断裂成两部分，同时可以看出杆部有明显的扭曲塑性变形（图3、图4）。
图2 断裂位置图3 裂纹源图4 宏观断口形貌对断口进行除油、除锈处理后，在裂纹源的过渡圆弧表面未发现明显的擦伤或腐蚀沟槽。
断口均呈明显疲劳断口，均有清晰可见的疲劳贝纹（外凸）。
可看出断口分成两个区，裂纹扩展区和断裂区。
在扩展区的某些区域可观察到类似疲劳的花样。
由弧线的弯曲方向，可知裂纹源的位置。
［2］3. 微观断口夹杂物检测分析在断裂部位进行扫描电镜观察，如图 5 所示，在裂纹源区断面的主要形貌由韧窝和夹杂物组成。
图5 裂纹源区的夹杂物分布对断口处进行试样元素检测，发现S、Mn、Si、Al等元素含量很高，杂质多为A 类或B 类夹杂物，还有少量炉渣。
4. 断口金相组织从图6 可以看出，组织主要为细片状的屈氏体和沿晶分布的网状铁素体，显然，这种组织是在调质淬火过程中由于冷却不足所造成的，连杆中调质组织的片状屈氏体，和边缘处的贫碳层为连杆过早的发生塑性变形提供了组织上的有利条件；边界上的夹杂物阻止塑性变形，产生位错塞积形成应力集中区，为显微裂纹的形成提供了有利条件。
裂纹显微形貌见图7。
100 μm 50μm图6断口下侧金相组织图图7裂纹显微形貌5. 断裂位置对不同类型的连杆的破坏进行深入研究，综合起来可以得出，连杆的破坏可能出现在以下几个部位：杆身断裂；连杆小头断裂；连杆大头断裂；连杆盖断裂；连杆螺栓断裂；“直角台阶”处的疲劳断裂。
从以上的破坏部位可以看出，几乎连杆所有部位都有可能出现断裂。
但是从连杆破坏的大量实例来看，无论是主副连杆，还是并列连杆，以其杆部的疲劳断裂居多。
疲劳破坏的主要形式有：磨损、腐蚀和断裂。
［7］三．失效原因（断裂原因）1. 失效原因总结整个断口分为断裂源区、裂纹扩展区及最后瞬断区。
从连杆破坏的大量实例来看，无论是主副连杆，还是并列连杆，以其杆部的疲劳断裂居多。
疲劳破坏的主要形式有：磨损、腐蚀和断裂。
裂纹源区在轴颈圆角面的小曲面上，断口边缘较为锋利，扩展区较大，呈现贝壳状扩展花样，瞬断区域较小并呈纤维状断口形貌（如图2—图4），整个断口表现为低应力作用下的弯曲疲劳断裂。
裂纹萌生后的亚稳扩展较慢，扩展区也较大，从裂纹的形成到裂纹的失稳扩展经历了一定的时间，这与汽车的实际运行里程也比较吻合。