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        淺談V2發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿受力分析

        2017-08-20 20:50:29王鳳云
        課程教育研究 2017年29期
        關(guān)鍵詞:慣性力沖程分析模型

        王鳳云

        【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2017)29-0220-02

        一、 V2發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)

        V2發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù):最大爆發(fā)力9Mpa,發(fā)動(dòng)機(jī)形式V2 ,額定功率27kW,額定轉(zhuǎn)速4000r/min,最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速700r/min,缸徑×行程79×80mm,曲柄半徑/連桿長度40mm/125.5mm,活塞組的重量1.33kg,活塞銷重量0.563kg,連桿往復(fù)部分重量0.543kg,連桿旋轉(zhuǎn)部分重量1.267kg。

        連桿蓋和桿體的材料均為40Cr GB/T3077-1988,主要化學(xué)成份:碳C:0.37~0.44%;錳Mn:0.50~0.80%;硫S:允許殘余量≤0.035%;鉻Cr:0.80~1.10%; 鎳Ni:允許殘余量≤0.030%;銅Cu允許殘余量≤0.030%。力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度 σb (MPa):≥980;屈服強(qiáng)度 σs (MPa):≥785;

        連桿螺栓的材料為35CrMoGB/T3077-1988,35CrMo在高中頻表面淬火或淬火及低、中溫回火后可用于制造承受沖擊、高載荷的各種機(jī)器中的重要零件,力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度σb (MPa):≥985;屈服強(qiáng)度σs (MPa):≥835;

        連桿軸瓦的材料為ZCuPb10Sn10 GB/T1176-1987,ZCuPb10Sn10鑄造銅合金潤滑性、耐磨性能好,適合用雙金屬鑄造材料。主要化學(xué)成份有:錫 Sn :9.0~11.0;鋅 Zn:≤2.0(不計(jì)入雜質(zhì));鉛 Pb:8.0~11.0;鎳 Ni:≤2.0(不計(jì)入雜質(zhì))。

        力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度 σb (MPa):≥220;屈服強(qiáng)度 σ (MPa):≥140;

        二、受力分析:

        連桿工作時(shí), 一是受燃?xì)獗l(fā)力,對連桿起壓縮作用,二是活塞連桿組往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力,對連桿起拉伸作用。還有連桿小頭安裝的襯套、大頭孔安裝的連桿軸瓦作用在孔徑上的壓力,及連桿螺栓預(yù)緊力產(chǎn)生附加載荷。在受力分析時(shí),近似認(rèn)為最大燃?xì)獗l(fā)力和往復(fù)慣性力均在上止點(diǎn)附近出現(xiàn),兩者可以疊加。理想做法是用有限元法對連桿在四個(gè)沖程循環(huán)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,會(huì)得到理想的結(jié)果,但計(jì)算過程過于復(fù)雜。因連桿破壞大都是拉、壓疲勞斷裂所致,故計(jì)算時(shí)選擇了連桿在受最大壓力和最大拉力兩種情形來計(jì)算應(yīng)力的分布。在計(jì)算分析時(shí),連桿受最大拉力工況出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程開始的上止點(diǎn)附近,最大壓力工況則出現(xiàn)在做功沖程開始的上止點(diǎn)附近。

        連桿是作高速復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件,它的靜力分析模型還不能完全真實(shí)地反映連桿在工作時(shí)的受力情況。因此,有必要對連桿結(jié)構(gòu)的靜力分析模型作進(jìn)一步的改進(jìn)。連桿準(zhǔn)動(dòng)態(tài)分析模型就是在其靜態(tài)分析模型的基礎(chǔ)上,通過考慮其體積力而對載何作重新計(jì)算和處理所得到的。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理,只要在作用于連桿的力系中引入相應(yīng)的慣性力,即體積力,就可以將求解連桿的動(dòng)力問題化為相應(yīng)的靜力問題。為了進(jìn)一步簡化這種計(jì)算,在計(jì)算中不考慮連桿振動(dòng)的影響。

        1.最大拉伸力最大拉伸力出現(xiàn)在進(jìn)氣沖程開始的上止點(diǎn)附近,其值為活塞組和連桿本身質(zhì)量的慣性力( 摩擦力小,可忽略) ,其中小頭內(nèi)孔受力為上端120°范圍內(nèi),大頭內(nèi)孔受力為下端180°范圍內(nèi)。

        2.最大壓縮力

        最大壓縮力出現(xiàn)在做功沖程開始的上止點(diǎn)附近,其值為最大爆發(fā)壓力減去活塞連桿組本身的慣性力。其中小頭內(nèi)孔受力為上端180°范圍內(nèi),大頭內(nèi)孔受力為下端120°范圍內(nèi)。

        3.連桿螺栓預(yù)緊力

        連桿螺栓主要作用是連接連桿蓋和連桿體,保證桿身和連桿蓋在任何工況下不發(fā)生分離和橫向錯(cuò)位,均能可靠結(jié)合。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,活塞組和連桿等在工作過程中產(chǎn)生了往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力,使連桿螺栓承受拉伸載荷。

        連桿螺栓在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承受的負(fù)荷最大,為了防止連桿蓋和連桿體發(fā)生分離,在裝配時(shí)須對連桿螺栓加足夠的預(yù)緊力,為使軸瓦緊貼瓦座,裝配時(shí)對連桿螺栓還有一個(gè)附加預(yù)緊力,兩力之和為螺栓的預(yù)緊力。螺栓的預(yù)緊力既是螺栓承受的拉力,也是連桿與連桿蓋之間的壓縮力,兩者互為反作用。工作過程中,在往復(fù)慣性力作用下,螺栓被進(jìn)一步拉長,而大頭的被壓情況則有所松弛,彈性壓縮變形量減小,于是螺栓與大頭間的互為反作用的預(yù)緊力部分卸載,變?yōu)闅堄囝A(yù)緊力,因此工作時(shí)螺栓承受的最大載荷僅為工作載荷與殘余預(yù)緊力之和,或者說是預(yù)緊力與部分工作載荷之和,而不是預(yù)緊力與工作載荷的直接疊加,工作時(shí)螺栓的載荷在最小值與最大值間波動(dòng) 。

        對于一定預(yù)緊力有一臨界工作載荷,此時(shí)對應(yīng)連桿大頭結(jié)合面間的壓力為零,若最大工作載荷超過一定值時(shí),結(jié)合面就會(huì)脫開。所以,為了保證工作時(shí)連桿大頭結(jié)合面不會(huì)脫開,預(yù)緊力與工作載荷必須滿足一定的數(shù)值。

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