發(fā)動機連桿發(fā)動機連桿輕量化設計

發(fā)動機連桿發(fā)動機連桿輕量化設計

0約束注漿黃連是車輛傳遞動力的重要部件。將活的循環(huán)運動轉(zhuǎn)換為區(qū)域軸的旋轉(zhuǎn)運動，并將激活組的力傳遞給軸。因此，在設計直桿時，首先要確保其足夠的疲勞和結(jié)構(gòu)剛性。由于直桿重量的增加會增加慣性，因此直桿的設計應首先確保其足夠的強度和剛性。因此，為了增加直桿的強度和剛性，我們不能簡單地增加結(jié)構(gòu)的體積。因為直桿的重量會增加慣性。因此，直桿的設計的一個重要要求是在盡可能輕的結(jié)構(gòu)下確保足夠的強度和剛度。換句話說，輕量化的黃連設計是最終的設計目標。為了優(yōu)化設計某發(fā)動機連桿、減輕連桿重量,選用朝柴發(fā)動機連桿作為評判的參考樣品.分析某連桿發(fā)動機連桿現(xiàn)生產(chǎn)方案及其3種改進設計方案,以連桿疲勞安全系數(shù)為量的指標,從3種改進設計方案中選出滿足強度和剛度設計要求的、重量最輕的方案為最終優(yōu)化設計方案.1元模型的構(gòu)建1.1接觸問題的有限元分析發(fā)動機連桿是由連桿體、連桿蓋、連桿軸瓦和連桿螺栓等零件組成,連桿螺栓以巨大的預緊力(5×104N)把連桿體和連桿蓋連接在一起,連桿軸瓦主要起耐磨作用,因此,進行有限元分析時不考慮連桿軸瓦和連桿螺栓,而代之以連接預緊力作用于連桿體和連桿蓋上,連桿體和連桿蓋接觸面考慮接觸和摩擦力.由于連桿結(jié)構(gòu)和載荷的對稱性.在建模型時僅取其一半結(jié)構(gòu)進行有限元模型化.連桿的有限元模型采用四面體單元.本文CAE分析前后處理軟件為Altair/HyperMeshV7.0,分析軟件為MSCNastran2001,各方案有限元模型規(guī)模見表1,有限元分析模型見圖1.1.2連續(xù)力連桿總成的往復和旋轉(zhuǎn)慣性力:活塞最大爆發(fā)壓力載荷:Pgb=80896壓縮工況下連桿大頭受壓力:Pcb=73374壓縮工況下連桿小頭受壓力:Pcl=77292拉伸工況下沿連桿小頭方向施加連桿總成的往復和旋轉(zhuǎn)慣性力:Ps=Psb-Psl;=14495壓縮工況下沿連桿小頭方向施加連桿總成的往復和旋轉(zhuǎn)慣性力:Pc=Pcl-Pcb=3918連桿大頭壓縮載荷和連桿小頭拉伸載荷均按120°范圍內(nèi)成余弦規(guī)律分布,連桿大頭拉伸載荷和連桿小頭壓縮載荷均按180°范圍內(nèi)成余弦規(guī)律分布.慣性力均勻作用于模型中所有節(jié)點上.約束連桿對稱面上所有節(jié)點的法向移動自由度,為限制連桿剛體運動,約束連桿對稱上一節(jié)點的所有移動自由度和連桿蓋對稱面一節(jié)點的橫向移動自由度.見圖1.2進部位部位對比某發(fā)動機連桿3種改進設計方案結(jié)構(gòu)改進部位重點在連桿大頭螺栓連接處,連桿大頭、小頭內(nèi)徑和寬度沒有變化,而連桿桿身厚度和寬度均有變化,見表2.3豎向直徑變化量連桿變形重點關(guān)注4個位置的變形值:連桿小頭橫向直徑變化量δ小橫,連桿小頭豎向直徑變化量δ小豎,連桿大頭橫向直徑變化量δ大橫和連桿大頭豎向直徑變化量δ大豎.見表3.4拉壓疲勞極限由于連桿承受拉、壓載荷作用而產(chǎn)生拉壓交變循環(huán)應力,連桿拉壓疲勞安全系數(shù)按下式計算:式中:σ-1為材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限.朝柴CY6102B發(fā)動機連桿σ-1和某汽車公司發(fā)動機連桿σ-1均取422MPa.εσ為工藝系數(shù),取0.75;?σ為角系數(shù),表示平均應力對脈動部分的影響,此處取0.2.考慮到連桿工作中由于偏斜引起壓力沿軸分布不均勻及發(fā)生活塞卡缸的可能性,一般取n=1.5～2.5【1].具體見表4.5連續(xù)元段壓縮工況分析表4可知,某連桿改進方案3重量最輕,爆壓125bar時的安全系數(shù)2.41也高于朝柴改進連桿的安全系數(shù)2.37,而朝柴連桿作為參考樣品,其疲勞強度經(jīng)實踐檢驗安全可靠.因此,改進方案3強度可行.根據(jù)連桿剛度設計要求,連桿在拉伸工況下應重點關(guān)注連桿大頭和連桿小頭橫向直徑收縮量;連桿在壓縮工況下應重點關(guān)注連桿大頭和連桿小頭豎向直徑收縮量.分析表3可知,某連桿改進方案3在爆壓125bar時,拉伸工況下,連桿大頭橫向直徑收縮量0.064mm小于某連桿原方案爆壓100bar連桿大頭橫向直徑收縮量0.07mm,連桿小頭橫向直徑收縮量0.033mm小于朝柴改進方案爆壓100bar時連桿小頭橫向直徑收縮量0.0416mm;壓縮工況下,連桿大頭豎向直徑收縮量0.0196mm小于朝柴改進方案爆壓100bar連桿大頭豎向直徑收縮量0.044mm,連桿小頭豎向直徑收縮量0.0127mm小于朝柴改進方案爆壓100bar連桿小頭豎向直徑收縮量0.0135mm.即某連桿改進方案3剛度大于某連桿連桿原方案和朝柴改進方案.而某連桿原方案和朝柴改進方案的剛度已經(jīng)實踐檢驗可靠.因此,改進方案3的剛度可行.根據(jù)以上分析,某連桿輕量化設計方案應選方案3為最終優(yōu)化設計方案.6連桿參數(shù)綜上所述,改進方案3為最終輕量化設計方案該方案度和強度均優(yōu)于朝柴連桿,而且重量也比朝柴連桿輕.在爆壓增至125bar工況下,本課題連桿減重123.4g,減輕7.1%,效果相當明顯.如果發(fā)動機爆壓