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        連桿小端襯套活塞銷強(qiáng)度分析及其影響因素

        2014-04-02 16:57:21李元穎張永亮
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年11期
        關(guān)鍵詞:襯套

        李元穎 張永亮

        摘 要:通過有限元軟件ANSYS建立連桿小端-襯套-活塞銷三體配合的模型,針對連桿小端-襯套-活塞銷在氣體爆發(fā)壓力作用下的強(qiáng)度及相關(guān)因素的影響規(guī)律進(jìn)行分析,得出在最大爆發(fā)壓力下襯套的最大等效應(yīng)力處;在相同爆發(fā)壓力下,襯套寬度,比壓與襯套最大等效應(yīng)力的關(guān)系;活塞銷與襯套的配合間隙與最大等效應(yīng)力的關(guān)系;在相同結(jié)構(gòu)下,比壓與最大等效應(yīng)力的關(guān)系。

        關(guān)鍵詞:連桿小端-襯套-活塞銷三體配合;相關(guān)因素影響規(guī)律;ANSYS

        1 概述

        在內(nèi)燃機(jī)中活塞通過活塞銷和襯套與連桿連接,以推動曲軸的轉(zhuǎn)動,活塞銷與襯套在內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)中承受氣體爆發(fā)壓力以及活塞連桿組慣性力的作用,而且這些力都是周期變化的沖擊性負(fù)荷,此時軸承的工作性能和可靠性嚴(yán)重影響著內(nèi)燃機(jī)整機(jī)的工作性能。特別是近年來,內(nèi)燃機(jī)日益向高速和大功率方向發(fā)展,相應(yīng)地,對于軸承各個方面的性能要求也越來越高。因此,深入分析、計算連桿襯套的強(qiáng)度問題,特別是分析計算影響活塞銷-連桿-襯套三體接觸在最大爆發(fā)壓力下的強(qiáng)度問題,以及相關(guān)因素對襯套強(qiáng)度的影響規(guī)律,對于提高內(nèi)燃機(jī)整機(jī)工作的可靠性和延長使用壽命都具有十分重大的意義。

        對于連桿襯套受氣體爆發(fā)壓力和慣性力作用時的應(yīng)力計算,雖然其形狀并不復(fù)雜,但由于連桿襯套與連桿小端過盈裝配,連桿襯套又與活塞銷存在接觸,活塞銷受慣性力和缸內(nèi)爆發(fā)壓力共同作用。襯套的實際應(yīng)力的準(zhǔn)確計算比較困難,傳統(tǒng)方法相當(dāng)?shù)牟粶?zhǔn)確性。有限元方法的發(fā)展為精確且全面地計算連桿襯套應(yīng)力提供了條件,目前已成為計算連桿襯套應(yīng)力的主要手段。

        文章通過ANSYS軟件為針對連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸模型在氣體爆發(fā)壓力作用下的襯套強(qiáng)度及相關(guān)因素的影響規(guī)律進(jìn)行了分析,旨在為高速大功率柴油機(jī)的連桿襯套設(shè)計提供參考[1]。

        活塞銷載荷是襯套強(qiáng)度計算的基礎(chǔ),進(jìn)行連桿-襯套-活塞銷三體接觸分析計算時,首先要確定活塞銷負(fù)荷。連桿小端與襯套過盈配合,通過活塞銷與活塞連接作直線往復(fù)運動,在柴油機(jī)的整個工作過程中,處于進(jìn)氣沖程階段時,連桿通過活塞銷帶動活塞向下運動,襯套的上部承受壓力;處于排氣沖程和壓縮沖程階段,連桿推動活塞向上運動,襯套的下部承受壓力;處于膨脹行程階段,燃?xì)獗l(fā)產(chǎn)生的巨大壓力推動活塞下行,活塞通過活塞銷推動連桿向下運動,連桿再推動曲軸轉(zhuǎn)動,襯套的下部承受強(qiáng)大的擠壓力。

        4 比壓與襯套最大等效應(yīng)力

        以某柴油機(jī)為研究對象,1500rpm工況下受最大爆發(fā)壓力16MPa,不考慮慣性力,分別計算了柴油機(jī)不同參數(shù)下的比壓與最大等效應(yīng)力,以分析襯套寬度B對比壓及襯套最大等效應(yīng)力的影響,以及襯套與活塞銷配合間隙對襯套最大等效應(yīng)力的影響。

        表3所示為16MPa爆發(fā)壓力下不同寬度時比壓及襯套最大等效應(yīng)力的計算值。圖4為寬度B對比壓及襯套最大等效應(yīng)力的影響。計算結(jié)果表明,在相同爆發(fā)壓力下,隨著襯套寬度的增加,比壓與襯套最大等效應(yīng)力降低,二者呈線性關(guān)系。增加襯套寬度有利于提高襯套的強(qiáng)度。

        5 結(jié)論

        分析、計算連桿襯套的強(qiáng)度問題,特別是分析計算影響活塞銷-連桿-襯套三體接觸在最大爆發(fā)壓力下的強(qiáng)度問題,以及襯套材料、規(guī)格對襯套強(qiáng)度的影響規(guī)律,對于連桿襯套的設(shè)計具有十分重大的意義。通過連桿襯套的強(qiáng)度有限元分析,得出如下結(jié)論:

        (1)連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸強(qiáng)度有限元分析結(jié)果表明,連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸在施加慣性力及氣體爆發(fā)壓力后,襯套的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在靠近連桿一側(cè)的內(nèi)壁邊緣。

        (2)在相同爆發(fā)壓力下,隨著襯套寬度的增加,比壓與襯套最大等效應(yīng)力降低,二者呈線性關(guān)系。增加襯套寬度有利于提高襯套的強(qiáng)度。

        (3)隨著活塞銷與襯套的配合間隙的增大,由于受力面積的減小引起襯套的最大等效應(yīng)力的增加,但增加幅度較小。

        (4)在相同結(jié)構(gòu)下隨著比壓的增加,襯套最大等效應(yīng)力呈線性增大。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫東印,司建明,李郁. 綜述CAE技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J] 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備2011(02):1-3.

        [2]張保成,蘇鐵熊.內(nèi)燃機(jī)動力學(xué)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.

        [3]范校尉,樊文欣,馮垣潔.基于有限元的連桿襯套過盈配合分析求解[J].軸承,2010(11):2-5.

        [4]李俊杰,宋志強(qiáng). W6170Z柴油機(jī)連桿小頭有限元強(qiáng)度考核[J].山東內(nèi)燃機(jī),1996(03):7-9.

        作者簡介:李元穎(1988-),女,山西朔州人,中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院,碩士研究生,主要研究方向:發(fā)動機(jī)總體技術(shù)及結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計

        摘 要:通過有限元軟件ANSYS建立連桿小端-襯套-活塞銷三體配合的模型,針對連桿小端-襯套-活塞銷在氣體爆發(fā)壓力作用下的強(qiáng)度及相關(guān)因素的影響規(guī)律進(jìn)行分析,得出在最大爆發(fā)壓力下襯套的最大等效應(yīng)力處;在相同爆發(fā)壓力下,襯套寬度,比壓與襯套最大等效應(yīng)力的關(guān)系;活塞銷與襯套的配合間隙與最大等效應(yīng)力的關(guān)系;在相同結(jié)構(gòu)下,比壓與最大等效應(yīng)力的關(guān)系。

        關(guān)鍵詞:連桿小端-襯套-活塞銷三體配合;相關(guān)因素影響規(guī)律;ANSYS

        1 概述

        在內(nèi)燃機(jī)中活塞通過活塞銷和襯套與連桿連接,以推動曲軸的轉(zhuǎn)動,活塞銷與襯套在內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)中承受氣體爆發(fā)壓力以及活塞連桿組慣性力的作用,而且這些力都是周期變化的沖擊性負(fù)荷,此時軸承的工作性能和可靠性嚴(yán)重影響著內(nèi)燃機(jī)整機(jī)的工作性能。特別是近年來,內(nèi)燃機(jī)日益向高速和大功率方向發(fā)展,相應(yīng)地,對于軸承各個方面的性能要求也越來越高。因此,深入分析、計算連桿襯套的強(qiáng)度問題,特別是分析計算影響活塞銷-連桿-襯套三體接觸在最大爆發(fā)壓力下的強(qiáng)度問題,以及相關(guān)因素對襯套強(qiáng)度的影響規(guī)律,對于提高內(nèi)燃機(jī)整機(jī)工作的可靠性和延長使用壽命都具有十分重大的意義。

        對于連桿襯套受氣體爆發(fā)壓力和慣性力作用時的應(yīng)力計算,雖然其形狀并不復(fù)雜,但由于連桿襯套與連桿小端過盈裝配,連桿襯套又與活塞銷存在接觸,活塞銷受慣性力和缸內(nèi)爆發(fā)壓力共同作用。襯套的實際應(yīng)力的準(zhǔn)確計算比較困難,傳統(tǒng)方法相當(dāng)?shù)牟粶?zhǔn)確性。有限元方法的發(fā)展為精確且全面地計算連桿襯套應(yīng)力提供了條件,目前已成為計算連桿襯套應(yīng)力的主要手段。

        文章通過ANSYS軟件為針對連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸模型在氣體爆發(fā)壓力作用下的襯套強(qiáng)度及相關(guān)因素的影響規(guī)律進(jìn)行了分析,旨在為高速大功率柴油機(jī)的連桿襯套設(shè)計提供參考[1]。

        活塞銷載荷是襯套強(qiáng)度計算的基礎(chǔ),進(jìn)行連桿-襯套-活塞銷三體接觸分析計算時,首先要確定活塞銷負(fù)荷。連桿小端與襯套過盈配合,通過活塞銷與活塞連接作直線往復(fù)運動,在柴油機(jī)的整個工作過程中,處于進(jìn)氣沖程階段時,連桿通過活塞銷帶動活塞向下運動,襯套的上部承受壓力;處于排氣沖程和壓縮沖程階段,連桿推動活塞向上運動,襯套的下部承受壓力;處于膨脹行程階段,燃?xì)獗l(fā)產(chǎn)生的巨大壓力推動活塞下行,活塞通過活塞銷推動連桿向下運動,連桿再推動曲軸轉(zhuǎn)動,襯套的下部承受強(qiáng)大的擠壓力。

        4 比壓與襯套最大等效應(yīng)力

        以某柴油機(jī)為研究對象,1500rpm工況下受最大爆發(fā)壓力16MPa,不考慮慣性力,分別計算了柴油機(jī)不同參數(shù)下的比壓與最大等效應(yīng)力,以分析襯套寬度B對比壓及襯套最大等效應(yīng)力的影響,以及襯套與活塞銷配合間隙對襯套最大等效應(yīng)力的影響。

        表3所示為16MPa爆發(fā)壓力下不同寬度時比壓及襯套最大等效應(yīng)力的計算值。圖4為寬度B對比壓及襯套最大等效應(yīng)力的影響。計算結(jié)果表明,在相同爆發(fā)壓力下,隨著襯套寬度的增加,比壓與襯套最大等效應(yīng)力降低,二者呈線性關(guān)系。增加襯套寬度有利于提高襯套的強(qiáng)度。

        5 結(jié)論

        分析、計算連桿襯套的強(qiáng)度問題,特別是分析計算影響活塞銷-連桿-襯套三體接觸在最大爆發(fā)壓力下的強(qiáng)度問題,以及襯套材料、規(guī)格對襯套強(qiáng)度的影響規(guī)律,對于連桿襯套的設(shè)計具有十分重大的意義。通過連桿襯套的強(qiáng)度有限元分析,得出如下結(jié)論:

        (1)連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸強(qiáng)度有限元分析結(jié)果表明,連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸在施加慣性力及氣體爆發(fā)壓力后,襯套的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在靠近連桿一側(cè)的內(nèi)壁邊緣。

        (2)在相同爆發(fā)壓力下,隨著襯套寬度的增加,比壓與襯套最大等效應(yīng)力降低,二者呈線性關(guān)系。增加襯套寬度有利于提高襯套的強(qiáng)度。

        (3)隨著活塞銷與襯套的配合間隙的增大,由于受力面積的減小引起襯套的最大等效應(yīng)力的增加,但增加幅度較小。

        (4)在相同結(jié)構(gòu)下隨著比壓的增加,襯套最大等效應(yīng)力呈線性增大。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫東印,司建明,李郁. 綜述CAE技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J] 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備2011(02):1-3.

        [2]張保成,蘇鐵熊.內(nèi)燃機(jī)動力學(xué)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.

        [3]范校尉,樊文欣,馮垣潔.基于有限元的連桿襯套過盈配合分析求解[J].軸承,2010(11):2-5.

        [4]李俊杰,宋志強(qiáng). W6170Z柴油機(jī)連桿小頭有限元強(qiáng)度考核[J].山東內(nèi)燃機(jī),1996(03):7-9.

        作者簡介:李元穎(1988-),女,山西朔州人,中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院,碩士研究生,主要研究方向:發(fā)動機(jī)總體技術(shù)及結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計

        摘 要:通過有限元軟件ANSYS建立連桿小端-襯套-活塞銷三體配合的模型,針對連桿小端-襯套-活塞銷在氣體爆發(fā)壓力作用下的強(qiáng)度及相關(guān)因素的影響規(guī)律進(jìn)行分析,得出在最大爆發(fā)壓力下襯套的最大等效應(yīng)力處;在相同爆發(fā)壓力下,襯套寬度,比壓與襯套最大等效應(yīng)力的關(guān)系;活塞銷與襯套的配合間隙與最大等效應(yīng)力的關(guān)系;在相同結(jié)構(gòu)下,比壓與最大等效應(yīng)力的關(guān)系。

        關(guān)鍵詞:連桿小端-襯套-活塞銷三體配合;相關(guān)因素影響規(guī)律;ANSYS

        1 概述

        在內(nèi)燃機(jī)中活塞通過活塞銷和襯套與連桿連接,以推動曲軸的轉(zhuǎn)動,活塞銷與襯套在內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)中承受氣體爆發(fā)壓力以及活塞連桿組慣性力的作用,而且這些力都是周期變化的沖擊性負(fù)荷,此時軸承的工作性能和可靠性嚴(yán)重影響著內(nèi)燃機(jī)整機(jī)的工作性能。特別是近年來,內(nèi)燃機(jī)日益向高速和大功率方向發(fā)展,相應(yīng)地,對于軸承各個方面的性能要求也越來越高。因此,深入分析、計算連桿襯套的強(qiáng)度問題,特別是分析計算影響活塞銷-連桿-襯套三體接觸在最大爆發(fā)壓力下的強(qiáng)度問題,以及相關(guān)因素對襯套強(qiáng)度的影響規(guī)律,對于提高內(nèi)燃機(jī)整機(jī)工作的可靠性和延長使用壽命都具有十分重大的意義。

        對于連桿襯套受氣體爆發(fā)壓力和慣性力作用時的應(yīng)力計算,雖然其形狀并不復(fù)雜,但由于連桿襯套與連桿小端過盈裝配,連桿襯套又與活塞銷存在接觸,活塞銷受慣性力和缸內(nèi)爆發(fā)壓力共同作用。襯套的實際應(yīng)力的準(zhǔn)確計算比較困難,傳統(tǒng)方法相當(dāng)?shù)牟粶?zhǔn)確性。有限元方法的發(fā)展為精確且全面地計算連桿襯套應(yīng)力提供了條件,目前已成為計算連桿襯套應(yīng)力的主要手段。

        文章通過ANSYS軟件為針對連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸模型在氣體爆發(fā)壓力作用下的襯套強(qiáng)度及相關(guān)因素的影響規(guī)律進(jìn)行了分析,旨在為高速大功率柴油機(jī)的連桿襯套設(shè)計提供參考[1]。

        活塞銷載荷是襯套強(qiáng)度計算的基礎(chǔ),進(jìn)行連桿-襯套-活塞銷三體接觸分析計算時,首先要確定活塞銷負(fù)荷。連桿小端與襯套過盈配合,通過活塞銷與活塞連接作直線往復(fù)運動,在柴油機(jī)的整個工作過程中,處于進(jìn)氣沖程階段時,連桿通過活塞銷帶動活塞向下運動,襯套的上部承受壓力;處于排氣沖程和壓縮沖程階段,連桿推動活塞向上運動,襯套的下部承受壓力;處于膨脹行程階段,燃?xì)獗l(fā)產(chǎn)生的巨大壓力推動活塞下行,活塞通過活塞銷推動連桿向下運動,連桿再推動曲軸轉(zhuǎn)動,襯套的下部承受強(qiáng)大的擠壓力。

        4 比壓與襯套最大等效應(yīng)力

        以某柴油機(jī)為研究對象,1500rpm工況下受最大爆發(fā)壓力16MPa,不考慮慣性力,分別計算了柴油機(jī)不同參數(shù)下的比壓與最大等效應(yīng)力,以分析襯套寬度B對比壓及襯套最大等效應(yīng)力的影響,以及襯套與活塞銷配合間隙對襯套最大等效應(yīng)力的影響。

        表3所示為16MPa爆發(fā)壓力下不同寬度時比壓及襯套最大等效應(yīng)力的計算值。圖4為寬度B對比壓及襯套最大等效應(yīng)力的影響。計算結(jié)果表明,在相同爆發(fā)壓力下,隨著襯套寬度的增加,比壓與襯套最大等效應(yīng)力降低,二者呈線性關(guān)系。增加襯套寬度有利于提高襯套的強(qiáng)度。

        5 結(jié)論

        分析、計算連桿襯套的強(qiáng)度問題,特別是分析計算影響活塞銷-連桿-襯套三體接觸在最大爆發(fā)壓力下的強(qiáng)度問題,以及襯套材料、規(guī)格對襯套強(qiáng)度的影響規(guī)律,對于連桿襯套的設(shè)計具有十分重大的意義。通過連桿襯套的強(qiáng)度有限元分析,得出如下結(jié)論:

        (1)連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸強(qiáng)度有限元分析結(jié)果表明,連桿小端-襯套-活塞銷三體接觸在施加慣性力及氣體爆發(fā)壓力后,襯套的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在靠近連桿一側(cè)的內(nèi)壁邊緣。

        (2)在相同爆發(fā)壓力下,隨著襯套寬度的增加,比壓與襯套最大等效應(yīng)力降低,二者呈線性關(guān)系。增加襯套寬度有利于提高襯套的強(qiáng)度。

        (3)隨著活塞銷與襯套的配合間隙的增大,由于受力面積的減小引起襯套的最大等效應(yīng)力的增加,但增加幅度較小。

        (4)在相同結(jié)構(gòu)下隨著比壓的增加,襯套最大等效應(yīng)力呈線性增大。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫東印,司建明,李郁. 綜述CAE技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J] 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備2011(02):1-3.

        [2]張保成,蘇鐵熊.內(nèi)燃機(jī)動力學(xué)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.

        [3]范校尉,樊文欣,馮垣潔.基于有限元的連桿襯套過盈配合分析求解[J].軸承,2010(11):2-5.

        [4]李俊杰,宋志強(qiáng). W6170Z柴油機(jī)連桿小頭有限元強(qiáng)度考核[J].山東內(nèi)燃機(jī),1996(03):7-9.

        作者簡介:李元穎(1988-),女,山西朔州人,中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院,碩士研究生,主要研究方向:發(fā)動機(jī)總體技術(shù)及結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計

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