发动机连杆衬套微动特性研究.pdf

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1、6内燃机与配件2013年第7期发动机连杆衬套微动特性研究FrettingCharacteristicsAnalysisofConnectingRodBushingofEngine方伟(中北大学)[摘要]在发动机运行的过程中，连杆衬套受到活塞销交变载荷以及连杆自身的惯性力的作用。由于连杆小头和衬套的材料特性不同，其接触面上在承受相同的接触压力时会产生不同程度的变形，导致两接触体在接触面上相互错动，引起微动磨损，还会引起微动疲劳，这会导致连杆衬套过盈量不足．从而会对发动机造成严重的破坏。本文结合某型柴油机连杆小头和衬套的实际工况，利用接触力学理论和有限元方法，以分析衬套微动特性为目的对其接

2、触过程进行数值有限元模拟分析。[关键词]连杆衬套微动特性有限元Keywords：ConnectingrodbushingsMicrofeaturesFiniteelementmethod1连杆衬套微动的危害连杆衬套通常是以过盈配合的方式紧固在连杆小头上。连杆小头衬套是发动机的主要易损件之一。其工作的可靠性与寿命，将直接影响到内燃机的工作可靠性指标。在发动机运行的过程中，连杆小头受到活塞销交变载荷以及连杆自身的惯性力的影响。由于连杆小头和衬套的材料特性的不同，其接触面上在承受相同的接触压力时会产生不同程度的变形，导致两接触体在接触面上相互错动，即为微动。由于连杆衬套承受的是呈周期变化的活

3、塞销传递的交变载荷，所以其过盈配合的接触面会出现不断变化的微动幅值，进而产生变化的微动接触区。微动不但会引起微动磨损，还会引起微动疲劳，进而使衬套萌生裂纹或者产生过度磨损，最终导致衬套过盈量的不足。过盈量不足易使连杆与活塞运动不一致，产生冲击发动机汽缸．使发动机的噪声加大，传递效率严重下降，功率也随着一起下降。如果衬套转动幅度较大堵塞油孔的话。会导致衬套和小头进行干摩擦。有时由于供油不足衬套和活塞销抱死可引起连杆断裂。给发动机带来严重的破坏。因此研究连杆和衬套之间的微动特性对提高连杆衬套的使用寿命意义重大。2连杆衬套的概述柴油机连杆衬套是连杆小头和活塞销的重要连接部件，它实际上是连杆小

4、头轴承的轴承衬垫，通常以过盈的方式与连杆小头的轴承座孔相配合。在实际工作中承受着连杆组件惯性力和活塞传递的爆发压力的交替作用。又由于汽缸工作温度的影响．连杆衬套工作温度一般在1500C左右，且连杆组件惯性力较高。加上油膜润滑不充分．工作条件十分恶劣。连杆衬套会出现磨损、烧蚀和冲蚀。严重的会堵死油孔引发事故。在设计环节当中。衬套的结构参数包括结构尺寸、与活塞销的配合间隙和重量等参数都将影响发动机的曲柄连杆机构的结构设计．以及发动机的噪声和振动控制等技术性能指标。因此，随着内燃机的经济指标与技术指标的提高。对连杆小头衬套的结构设计、制造技术以及零件质量的要求也在不断地提高。通过上面的分析可

5、知，连杆小头衬套需要有以下几个方面的良好特性：①较好的耐磨性、高的承载能力；②小的干摩擦系数；③较好的抗粘咬性；④弹性模量和结构刚度大；⑤结构紧凑、质量轻；⑥经济性好。所以对连杆小头的各项性能的分析是必不可少的。只有在熟知衬套各种参数对其性能的影方伟：发动机连杆衬套微动特性研究7响，才能根据不同的工况条件，设计出合适的连杆衬套。3连杆衬套接触有限元模拟分析3．1连杆衬套接触有限元模拟发动机连杆小头和衬套由于承受过盈压力和活塞销传递的交变载荷的影响，且两者的材料不同。已经构成了形成微动的条件。在爆压时刻，受到巨大爆压载荷的影响，由于材料的特性不同，必然会引起相同接触位置不同的材料变形。这

6、就导致接触面之间的相互错动，而当活塞运动到上止点时，活塞销传递的力又较小，和爆压时刻相比基本可以忽略。所以可以近似的认为，经过一个周期后，活塞销所传递的载荷完全卸载。在这种周期载荷的作用下。必然会在连杆和衬套的接触面间形成周期的接触面间滑移运行模式。长时间的微动就会导致微动磨损，减小衬套的过盈量，对发动机造成潜在的危害。因此．本文意在通过有限元软件ansys对连杆衬套微动特性进行研究分析。找出影响微动特性关键参数和微动之间的关系。通过调整相关的参数。提出合理的降低微动磨损的措施。本文采用ANSYS中solidl86、TARGEl70和CONTAl74来模拟连杆和衬套的接触过程。对于连杆

7、小头和衬套的接触．由于连杆小头和活塞销的弹性模量都大于衬套的弹性模量，且本文更关注的是衬套的变形分析。所以分别把连杆小头内表面和活塞销外表面作为接触的目标面。把衬套的内外表面作为接触面建立接触对。本文的建立的接触对如图3．1所示。圈3．1麓杆和衬蠢以墨衬垂和蒋■错的摄■对3．2有限元模型的建立3．2．1实体建模本文以某型发动机的连杆小头为研究对象，连杆小头的实体结构如图3．2所示。该结构包括三部分。连杆小头、衬套和活塞销。其中小头的内径为28．