连杆强度计算文献综述

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1、连杆强度计算文献综述1.1概述连杆是发动机中最重要的运动部件之一，其质量和强度直接影响着发动机的可靠性和寿命。无论设计新型发动机或对老产品进行改造，都必须严格校核连杆的强度。连杆强度研究大都归于疲劳强度研究，其目的是关心连杆的工作寿命，考察其在反复承受交变工作应力下的最小强度储备，通常以安全系数的形式表示;其次，连杆强度研究要考虑大小头孔的变形，关心润滑油膜能否正常建立。通常以这两种方法考核连杆模型设计的合理性。研究连杆强度的方法有试验和计算两种。前者花费时间长、费用昂贵，且无法在概念设计阶段进行。理论研究和实践证明，计算分析的方法对于预估连杆的强度具

2、有很好的价值，并在发动机的概念设计阶段得到了广泛的应用，其中有限元法是最成功、最广泛的方法。有限元法是把连续的弹性体划分为有限大小的、彼此只在有限个点相连的、有限个单元的组合体来研究的。这种把实际连续体划分为离散结构的过程，叫做有限元离散化，这些有限大小的单元，称为有限元，各单元间相连接的点，称为节点。目前，应用最广泛的有限元实质就是先从单元分析入手，找出单元节点上对单元的作用力与单元节点位移、应变、应力的关系。整个有限元分析过程是先建立每个单元的刚度方程，然后进行结构的整体分析，即组集联系整个结构的节点位移与结点载荷的总刚度方程。由于总刚度方程是包含

3、有限个未知节点位移量的线性代数方程组，故可利用电子计算机来求解。最后根据所求得的各单元的节点位移，利用单元分析得到的关系，就可求出各单元的应力和应变。1.2.1有限元模型由于连杆模型较小，为了准确考察连杆的应力分布，所以模型采用整根连杆模型，对于应力敏感区域和关心区域网格应适当加密；由于随着四面体单元密度的增加，应力会增大，在某些结构或受力复杂的区域网格加密并不是最合理的方法；对于这种情况可在局部建立用六面体网格划分的子模型。1.2.2边界条件边界条件的确定是影响有限元分析计算结果正确与否的最关键因素，主要包括载荷边界条件和位移（约束）边界条件两种，它

4、们也是随着计算条件与计算模型的改进而不断发展的，研究者们一直在追求如何在实际计算可行的条件下尽量使边界条件接近实际。1.2.3载荷边界条件连杆的作用是将活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动,并在活塞和曲轴之间传递作用力。连杆的作用载荷主要有6种:1)拉伸力。最大拉伸力出现在进气冲程开始的上止点附近,其数值是活塞组和计算断面以上部分连杆质量的往复惯性力。最大拉伸力的主要计算公式为：Pj=G′(1+λ)γω2/g　(N)(1)上式中　G′———活塞组重力,Ng——重力加速度,m/s2λ——连杆比γ——曲柄半径,mmω——曲轴角速度,rad/s2)压缩力。最

5、大压缩力出现在膨胀冲程开始的上止点附近,其数值是最大爆发压力减去此转速时的惯性力。最大压缩力的主要计算公式为：P′c=πD2(P′z)/4-P′j　(N)(2)式中　P′z——作用在活塞顶上单位面积的气压力,N/mm2D——气缸直径,mm3)连杆螺栓预紧力。由于连杆承受的是交变载荷,连杆螺栓与大端盖、连杆体间的作用力也是交变的。最大预紧力P0的主要计算公式为：P0=P1+P2=(2～2.5)P″j+P2　(N)(3)式中　P1——装配时所加的预紧力,NP2——压紧轴瓦的预紧力,NP″j——工作时连杆螺栓承受的工作载荷,N4)连杆小端与衬套间的作用力。由

6、于衬套(或活塞销)是以一定的过盈量压入小端孔内,所以存在着压力。在工作时连杆小端温度会升高,使过盈进一步增大,压力也增大。5)连杆大端轴承孔与轴瓦间作用力。连杆大端与轴瓦间存在着过盈配合力。在螺栓作用力的作用下,大端轴瓦被进一步压紧在大端内孔表面。压力的计算公式与式(3)～(4)类似。6)附加弯矩。由于制造误差导致的杆身弯曲,会产生附加弯矩。在实际的计算分析中,忽略不计。根据式(1)～(4)可计算出连杆的各项载荷。目前，对于连杆有限元计算时对连杆大小头作用拉伸与压缩载荷的模拟主要有两种方式：①沿圆周120°均匀分布；②沿轴线方向均布或呈抛物线分布，沿圆

7、周方向120°或180°呈余弦分布，其中又尤以沿轴线呈二次抛物线分布，沿圆周方向120°范围内呈余弦分布的载荷边界条件形式应用的最多。1.2.4位移边界条件位移边界条件的作用是消除计算过程中连杆的刚性位移。连杆的位移边界条件应尽可能的接近实际情况，目前对于唯一边界条件的施加还没有统一的方式，用的最多的是连杆受惯性力时约束连杆下轴瓦内侧，连杆受压力时约束连杆上周瓦内侧，约束点应关于连杆轴向对称。1.3计算结果的评价1.3.1疲劳安全系数法三维有限元法可相对准确地得到连杆的应力分布，通过应力分布可以采用一定的方法确定连杆的疲劳强度。现有的连杆疲劳强度计算方

8、法大都按材料的疲劳极限，考虑材料强化处理、应力循环和尺寸影响，求出连杆危险部位的最小强度储备，