连杆疲劳强度试验及分析方法（重庆汽车研究所）

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1、连杆疲劳强度试验及分析方法重庆汽车研究所连杆疲劳强度试验及分析方法连杆疲劳强度试验以连杆成品实物在疲劳试验机上进行，试验方式为拉压加载不对称循环，试验平均负荷为压负荷，载荷循环特征模拟发动机上连杆工作负荷特征，加载频率与发动机额定工况下连杆负荷变化相当，通过试验求出S-N曲线，统计分析岀样本条件疲劳强度均值和样本标准偏差，并在工作载荷及疲劳强度的概率分布规律下，求出连杆不发生破坏的概率。1术语存活率P一母体中个体疲劳寿命大于疲劳寿命汕的概率。具有存活率p的疲劳寿命Np—Np的含义是母体中有P的个体疲

2、劳寿命大于Npo自由度卩--当观察的数据的个数为n时，方差的自由度为v=n-1o显著度在t频率函数中，接受区间为而接受区间的上下限±匚，与所取的Q有关，这个Q值叫做显著度。当显著度Q和自由度V给定时，匚按「处）力=%给岀，〈值可由附表2查出。置信度一在t频率曲线中，横坐标-和-匚之间曲线以下包围的面积为7，则统计量七二耳仝s/石位于区间以内的概率为7。概率卩叫置信度，/=-ao在连杆、连杆螺栓的疲劳强度分析时，置信度取90%,cr=10%o可靠度一零、部件在规定的时间和给定的条件下正常工作的概率，

3、是针对零、部件个别而言。而置信度是针对零、部件的试验样本，即试验结果的可信程度。相关系数R—当计算出的相关系数大于附表5中的相关系数起码值时，说明回归方程的显著度良好，用直线拟合的各数据点有意义。2试验原理2.1连杆的工作载荷连杆的工作载荷主要由两部分组成，一是经活塞顶传来的燃气爆发力，二是活寒连杆组高速运动产生的惯性力。在分析时，进而认为最大燃气爆发力和惯性力均在上止点出现，两者可以迭力口。最大爆发力:Qi二(100PK-9.080665)nD2/4,N式中：PK最高气缸压力MPaD气缸直径cm连

4、杆所受惯性力：02二G,（1+入）ru）2+G2ru）2,N式中：G厂-活塞连杆组往复质量，（包括活塞、活塞环、活塞销、活塞销卡环及连杆小头质量）,kgG2--活塞连杆组回转质量（连杆大头质量）,kg入一曲柄连杆比；r—曲柄回转半径，cm;co--曲柄回转角速度，1/s,3二2口n/60;n--发动机转速，r/min0计算举例：以某一300kw工程机械用机型作计算实例。该机型的工作条件如表1所示。表1某一300kw发动机的工况工况性能最大扭矩标定功率25%超速超供油转速r/min1500210026

5、25最高气缸压力MPa14.314.014.3连杆工作载荷计算结果如表2所示:表2连杆工作载荷计算结果kN最大扭矩标定功率25%超速超供油连杆小头端燃气作用力-217.96-213.45-217.96惯性力12.6324.7538.67总载荷-96.35±108.98-81.98±106.73-70.31±108.98连杆大头端燃气作用力-217.96-213.45-217.96惯性力22.6544.4069.37总载荷-86.33±108.98-62.33±106.73-39.61±108.98注

6、：表2中一些数据的算法：108.98=217.96/2；-96.35=-108.98+12.63,其余类推。2.2试验方法进行连杆疲劳强度试验时，以连杆实物做为不对称循环的拉压疲劳强度试验，试验采用载荷控制法，平均载荷为压载交变载荷波形为正弦波，见图1。图中：Pmax——最大载荷，在载荷循环中具有最大代数值的载荷，以拉伸为正，压缩载荷为负。Pmin——最小载荷。在载荷循环中具有最小代数值的载荷，以拉伸为正，压缩载荷为负。Pm平均载荷，Pmax和Pmin的代数平均值。Pm二(Pmax+Pmin)/2。

7、Pa载荷幅值，Pmax和Pmin的代数差的一半，Pa二(Pmax-Pmin)/20载荷负荷永为正。试验样品为尺寸及材料鉴定合格的成品连杆，并装上活塞、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆小头衬套及模仿连杆轴颈的销轴，试验时呈连杆组总成状态，用适当的夹具，将连杆装在Instron图1交变载荷波形2.2.1平均载荷及交变载荷幅值试验时，要确定平均载荷及交变载荷幅值。由表2计算结果可知，连杆小头端所受负荷最大，平均载荷的确定可按表2中连杆小头端总载荷中的[(-96.35)+(-81.98)]/2计算,本例中平均载荷P

8、m为89kN0对于90%的置信度，需要12件样件进行疲劳强度试验，这12件样件需在不同的应力水平下进行试验——所谓常规试验方法，试验时，各级载荷可按低高低的顺序安排，这样比较接近随机载荷的情况。实际操作时，要决定最大载荷Pmax和最小载荷Pmin,并常用加载系数K代表最大载荷。加载系数是各级最大载荷Pmax与破坏载荷Pb之比，即K二Pmax/Pb(1)根据经验，12件试样在试验中可分成最多8个载荷级，每次加载时的加载系数在K二0.168,0.179,0.191,0.2