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摘要：結(jié)合虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件ADAMS，提取了各轉(zhuǎn)速下連桿所受的外界載荷，對(duì)某款柴油發(fā)動(dòng)機(jī)連桿在燃?xì)獗l(fā)壓力作用下進(jìn)行受力分析。進(jìn)一步將此作為外界載荷條件，利用LS-DYNA對(duì)連桿自身進(jìn)行有限元分析，得到了拉、壓狀態(tài)下的應(yīng)力云圖及最大米塞斯應(yīng)力。此外，還對(duì)連桿進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度校核。結(jié)果表明該連桿疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵字：曲柄連桿機(jī)構(gòu)；燃?xì)獗l(fā)壓力；ADAMS；LS-DYNA；疲勞強(qiáng)度

0引言

連桿是連接活塞與曲軸的關(guān)鍵零件，在工作過(guò)程中承受伸、壓、彎等交變載荷的作用。為了應(yīng)對(duì)這些工況，連桿自身要具有很高的疲勞強(qiáng)度[1]。以經(jīng)驗(yàn)、參考資料為主要手段的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)校核方法無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代連桿的設(shè)計(jì)要求[2]，不足主要集中在：連桿所受外界載荷以及自身應(yīng)力狀態(tài)的難以獲取[3]。而近年來(lái)隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)和有限元分析法可以很好的彌補(bǔ)這兩點(diǎn)不足[4]。這兩種方法已在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用[5-6]。本文以某款柴油機(jī)為研究對(duì)象，首先對(duì)該柴油機(jī)的曲柄連桿組進(jìn)行受力分析，再利用有限元分析和疲勞分析相結(jié)合的方法對(duì)連桿進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。

1連桿受力分析

本文以某款柴油機(jī)為研究對(duì)象。對(duì)其連桿（如圖2所示）在工作狀態(tài)下的受力情況進(jìn)行分析。柴油機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如表1所示。連桿在工作過(guò)程中主要受力來(lái)源于4個(gè)方面：作用于活塞的氣體作用力、活塞組件的慣性力、連桿自身慣性力、螺栓預(yù)緊力。

1.1氣體作用力氣缸處于在做功行程時(shí)，工質(zhì)燃燒，氣體膨脹，連桿受到由活塞、活塞銷(xiāo)傳遞過(guò)來(lái)的氣體爆發(fā)壓力，而此時(shí)連桿處于最大壓縮狀態(tài)，由于做功行程時(shí)間很短，只有大概0.01s的持續(xù)時(shí)間，故可以將做功沖程近似等效為一個(gè)氣體多變過(guò)程。

1.2活塞組件慣性力活塞組件中所有零件包括活塞、活塞銷(xiāo)、活塞環(huán)等，當(dāng)活塞組以加速度a作變速往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，得到活塞組件慣性力的計(jì)算公式。

1.3預(yù)緊力連桿在裝配過(guò)程中還受到了裝配預(yù)緊力，主要來(lái)自于襯套和小頭過(guò)盈裝配的預(yù)緊力，軸瓦和大頭裝配的預(yù)緊力，大頭緊固螺栓產(chǎn)生的預(yù)緊力。其中大頭緊固螺栓的預(yù)緊力根據(jù)螺栓設(shè)計(jì)預(yù)緊力公式（3）計(jì)算得出，預(yù)緊力的具體受力情況。

2連桿疲勞強(qiáng)度分析

連桿大頭、小頭的所受的載荷為非均布載荷，要得到精確的分布是非常困難的。根據(jù)大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)，在保證計(jì)算精度的前提下，可以用一些近似的分布規(guī)律來(lái)進(jìn)行代替。在動(dòng)力機(jī)械有限元分析中，認(rèn)為作用在軸承或軸上的載荷會(huì)沿圓周按照余弦規(guī)律分布。

3結(jié)論

完成了對(duì)連桿在工作過(guò)程中的受力分析，氣體作用力，自身慣性力，預(yù)緊力是三大主要受力源。從理論方程出發(fā)，結(jié)合虛擬樣機(jī)手段，利用ADAMS求解出了在不同轉(zhuǎn)速情況下，連桿所受的最大拉力和最大壓力。為連桿后續(xù)的疲勞強(qiáng)度分析提供了加載條件的依據(jù)。根據(jù)受力分析，建立了連桿的有限元計(jì)算模型，并通過(guò)LS-DYNA有限元計(jì)算得到了拉壓工況下的應(yīng)力云圖。基于計(jì)算結(jié)果，結(jié)合疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法，對(duì)連桿的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核，分析結(jié)果表明該連桿的疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮帥帥，譚丕強(qiáng)，崔淑華.發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33(10)：110-113.

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作者：張雅萍 單位：江鈴汽車(chē)股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)部