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发动机连杆的强度分析与结构改进

发布于:2016-04-30 18:31
强度分析

      连杆作为发动机的关键零部件,工作中受到拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用,工作状况比较恶劣,因此在发动机设计中受到很大关注。作为一种有效的分析方法,有限元强度分析在连杆设计过程中已经得到了广泛应用。
      本研究首先对某4缸车用发动机的连杆进行分析,找出结构上的薄弱点,并与试验情况对比,然后再通过精细计算得到在两种不同轴瓦过盈量、螺栓预紧力作用下,局部倒圆角尺寸对应力影响的关系曲线,进而对设计提出改进建议,达到了提高结构强度的目的。
      连杆组件包括连杆体、连杆大端、连杆轴瓦及紧固螺栓等构件。为便于施加载荷和约束,在分析模型中加入了活塞、活塞销和曲柄销,这一做法的好处在于,可以省去以往连杆计算中对载荷分布规律和分布包角的处理,减少由于边界条件与载荷假设带来的误差,整体分析模型如图所示。
      连杆的作用是传递燃烧室内的气体压力使曲轴产生图连杆分析模型图旋转运动,其本身的运动是小端随着活塞作往复直线运动,大端与曲拐一起绕曲轴轴线旋转运动。连杆组件上的主要载荷有4种。
      连杆大端轴瓦通过一定的过盈量压入大端孔内,在两者之间产生压力从而保证在运转过程中的贴合性。在早期的分析计算中,过盈量一般采用组合厚壁圆筒理论或者均布温升法来施加,在处理中存在一定误差。而目前,计算时可在模型上直接施加过盈量,从一定程度上减小了模型处理误差。
      连杆螺栓预紧力的作用是拉紧连杆大端和大端盖。在发动机运行过程中,螺栓上的作用力实际上也是变化的,在分析中第1个工况采用实测预紧力施加在螺栓上,后续工况中螺栓受力依据受力平衡条件自动计算得到。
      连杆组所受的最大压缩力出现在做功行程开始的上止点附近,即为最大燃烧压力和惯性力共同作用,最大爆压施加在活塞顶面上,惯性力与最大拉伸载荷相同。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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