某柴油机连杆疲劳强度探究范文

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摘要：结合虚拟样机仿真技术，利用多体动力学计算软件ADAMS，提取了各转速下连杆所受的外界载荷，对某款柴油发动机连杆在燃气爆发压力作用下进行受力分析。进一步将此作为外界载荷条件，利用LS-DYNA对连杆自身进行有限元分析，得到了拉、压状态下的应力云图及最大米塞斯应力。此外，还对连杆进行了疲劳强度校核。结果表明该连杆疲劳强度满足设计要求。

关键字：曲柄连杆机构；燃气爆发压力；ADAMS；LS-DYNA；疲劳强度

0引言

连杆是连接活塞与曲轴的关键零件，在工作过程中承受伸、压、弯等交变载荷的作用。为了应对这些工况，连杆自身要具有很高的疲劳强度[1]。以经验、参考资料为主要手段的传统设计校核方法无法满足现代连杆的设计要求[2]，不足主要集中在：连杆所受外界载荷以及自身应力状态的难以获取[3]。而近年来随着数值计算技术的发展，虚拟样机技术和有限元分析法可以很好的弥补这两点不足[4]。这两种方法已在机械产品的设计过程中得到了广泛应用[5-6]。本文以某款柴油机为研究对象，首先对该柴油机的曲柄连杆组进行受力分析，再利用有限元分析和疲劳分析相结合的方法对连杆进行疲劳强度校核。

1连杆受力分析

本文以某款柴油机为研究对象。对其连杆（如图2所示）在工作状态下的受力情况进行分析。柴油机的相关参数，如表1所示。连杆在工作过程中主要受力来源于4个方面：作用于活塞的气体作用力、活塞组件的惯性力、连杆自身惯性力、螺栓预紧力。

1.1气体作用力气缸处于在做功行程时，工质燃烧，气体膨胀，连杆受到由活塞、活塞销传递过来的气体爆发压力，而此时连杆处于最大压缩状态，由于做功行程时间很短，只有大概0.01s的持续时间，故可以将做功冲程近似等效为一个气体多变过程。

1.2活塞组件惯性力活塞组件中所有零件包括活塞、活塞销、活塞环等，当活塞组以加速度a作变速往复直线运动时，得到活塞组件惯性力的计算公式。

1.3预紧力连杆在装配过程中还受到了装配预紧力，主要来自于衬套和小头过盈装配的预紧力，轴瓦和大头装配的预紧力，大头紧固螺栓产生的预紧力。其中大头紧固螺栓的预紧力根据螺栓设计预紧力公式（3）计算得出，预紧力的具体受力情况。

2连杆疲劳强度分析

连杆大头、小头的所受的载荷为非均布载荷，要得到精确的分布是非常困难的。根据大量的试验和数据，在保证计算精度的前提下，可以用一些近似的分布规律来进行代替。在动力机械有限元分析中，认为作用在轴承或轴上的载荷会沿圆周按照余弦规律分布。

3结论

完成了对连杆在工作过程中的受力分析，气体作用力，自身惯性力，预紧力是三大主要受力源。从理论方程出发，结合虚拟样机手段，利用ADAMS求解出了在不同转速情况下，连杆所受的最大拉力和最大压力。为连杆后续的疲劳强度分析提供了加载条件的依据。根据受力分析，建立了连杆的有限元计算模型，并通过LS-DYNA有限元计算得到了拉压工况下的应力云图。基于计算结果，结合疲劳强度计算方法，对连杆的疲劳强度进行了校核，分析结果表明该连杆的疲劳强度满足设计要求。

参考文献：

[1]阮帅帅，谭丕强，崔淑华.发动机连杆的有限元分析及结构优化[J].制造业自动化，2011，33(10)：110-113.

[2]王远，朱会田，曹永晟，等.基于有限元法的发动机连杆疲劳强度分析研究[J].机械传动，2010，34(3)：68-71.

[3]叶国林，曾建谋，杜宝雷.柴油机连杆有限元分析[J].内燃机，2008(1)：11-14.

[4]孟建，孟敏，江平.195柴油机连杆有限元分析及结构优化[J].机械传动，2012(7)：65-68.

[5]王国强.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M].西安：西北工业大学出版社，2002.

[6](联邦德国)柯勒(Koller,R.)著.机械设计方法学[M].北京：科学出版社，1990.

作者：张雅萍 单位：江铃汽车股份有限公司发动机开发部