某单缸柴油机连杆强度和刚度分析.pdf

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1、陈宣辉欧阳光耀黄映云：某单缸柴油机连杆强度和刚度分析25某单缸柴油机连杆强度和刚度分析AnalysisofStrengthandRigidityforConnectingRodofSingle-cylinderDieselEngine陈宜辉欧阳光耀黄映云(海军工程大学)[摘要]本文针对某单缸柴油机的连杆，运用ANSYS软件对其进行强度和刚度分析，获得了连杆结构强度中相对薄弱的环节，为连杆的优化设计提供了理论依据。[关键词]柴油机连杆强度刚度Abstract：Inviewofsingle-cylinder

2、dieselengine，theanalysisofstrengthandrigidityforcon-nectingrodwasstudiedbyANSYSsoftwareinthispaper．Thedefectofstructuralstrengthofconnect-ingrodwasfound．Itprovidestheoreticalevidenceforoptimizationdesignofconnectingrod．Keywords：Diesel；ConnectingRod；Stren

3、gth；Rigidity柴油机连杆在柴油机中起到将活塞上的气体作用力传递给曲轴．把活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，在其发生失效时，会导致气缸体被打穿、活塞及曲轴卡死的情况，后果十分严重。柴油机工作时，连杆小头通过活塞销的连接．与活塞一起作往复直线运动：连杆大头与曲轴的连杆轴颈相配合，和曲轴一起旋转：连杆的其余部分则作复杂的平面运动连杆工作时要承受气缸压力和往复过程产生的冲击性拉压交变载荷，因此连杆要有足够高的强度和刚度【ll。1连杆的有限元模型本文以连杆的三维实体模型为基础，利用HY—PERMESH软

4、件对模型划分网格，将已划分好网格的模型导入到ANSYS中定义单元的属性及材料的参数，单元属性为solid45，材料弹性模量为2．05e005MPa．泊松比为0-3，密度为7．8e一006kg／mm，，最后生成的有限元模型如图1所示，模型共有单元333460个。2边界条件及载荷的施加本文对连杆的分析计算分别在四个工况下进行，其中工况一为大端约束，小端受最大压力；工况二为小端约束，大端受最大压力；工况三为大端约束，小端受最大拉力；工况四为小端约束，大端受最大拉力【2】。上述约束虽与连杆的实际工作条件不完全一

5、致．但依据圣维兰原理。作为考察原理连杆约束一端的受力情况来说是影响不大的，对连杆一端进行约束时．对端孔内表面所有节点采取全部零位移约束。I图1连杆的有限元模型图2连杆受载示露图在连杆受压时。压载荷包角取为90度，连杆受拉时，拉载荷包角取为120度。载荷沿轴向均匀分布，沿周向呈余弦规律分布，具体形式见图2。假设所受载荷最大压力或拉力为Fc，与连杆大小端孑L中心连线夹角et为处的分布力为pa，则Pa=P—cos(net)(1)其中，‰为最大分布载荷；n为与加载包角相关的薰内燃机与配件2013年第12期常数。

6、根据总作用力大小相等的原则有【3'4】：，叫2Fc=J，．RHP。Ⅸcos(n仅)cosada(2)㈨‘其中，R为载荷作用曲面半径；H为作用面轴向厚度；书为载荷的接触角。当a=tp／2时，Pa为零，即P．．=cos(nqb／2)=0．于是得到系数n=l80。／巾(3)当书取值为90。时，n=2，将其代人式(2)中，计算得到P一的表达式为：‰：—坠2x／2RH(4)当由取值为1200时，n=15，将其代人式(2)中，计算得到P一的表达式为：P一5F。1一一丽(5)已知连杆的大小端所承受的最大压力分别为95

7、6540N和1077800N，将连杆各结构参数值代人式(4)中，可以得到连杆受压时大小端的最大分布载荷分别为88MPa和154MPa。同样，已知连杆的大小端所承受的最大拉力分别为360340N和239030N．将连杆各结构参数值代入式(5)中，可以得到连杆受拉时大小端的最大分布载荷分别为26MPa和43MPa。根据上述计算结果以及模型的实际情况，即可确定四种工况的载荷形式。各工况的分布力为：工况一．Pa=154xcos(2×arccos(660．-．Y))，589≤Y≤609；／l工况二．Pa=88XC

8、OS(2xarcCOS(击))，90≤Y≤126·5；工况三．Pa=43XCOS(1～xarccos(Y-．6．60))，696≤Y≤731；／l工况四．Pa=26×cos(1·5×arcCOS(击))，一126．5≤Y≤一64；以上各式中Y代表所作用对象纵坐标，单位为mm。Pa的单位为MPa。在Y值的其他作用范围，载荷值全部为0。3连杆的强度及刚度计算通过对连杆有限元模型，施加上一节中所示的约束和载荷，即可计算得到连杆在各种工况下的应力及