[工学]马征 中速柴油机连杆的有限元分析.ppt

结论 根据最大能量理论（第四强度理论）得出的屈服条件作为连杆强度的判断准则： 小端、上端盖、下端盖的材料为42CrMo，屈服强度为 930MPa；大小螺栓的材料为40CrNiMo，屈服强度为 835MPa。 受最大拉力时的计算结果分析 连杆受最大拉力时，小端的最大应力位于顶端的油孔处；上端盖的最大应力出现在与大螺栓接触的位置；下端盖的最大应力出现在与大螺母接触的位置；各部件最大应力、最大变数及最小安全系数如下表所示。 最大应力 最大变形 安全系数 小端 343MPa 0.261mm 2.71 上端盖 329MPa 0.0696mm 2.82 下端盖 191MPa 0.0529mm 4.86 小螺栓 571MPa 0.181mm 1.46 大螺栓 628MPa 0.325mm 1.34 最大受压工况及结果分析 连杆受最大压力时，小端的最大应力位于小端孔底部油道槽处；上端盖的最大应力出现在与小端接触的边缘处；下端盖的最大应力出现在油道槽的最边缘处；各部件最大应力、最大变数及最小安全系数如下表所示。 最大应力 最大变形 安全系数 小端 305MPa 0.325mm 3.05 上端盖 336MPa 0.0485mm 2.77 下端盖 275MPa 0.0878mm 3.38 小螺栓 519MPa 0.146mm 1.61 大螺栓 593MPa 0.294mm 1.41 结论 连杆的有限元模型包括了衬套、上下轴瓦和活塞销等，且保留了所有的油孔和比较大的倒圆角，用Hypermesh软件对模型进行网格划分，确保了模型的精确性。 对连杆各个部件建立接触体，更加真实的模拟了连杆实际装配情况，使计算结果更加准确。 通过对衬套、轴瓦施加温度载荷产生的膨胀量来模拟过盈量，对螺栓施加装配预紧力，更加符合实际情况。 由计算结果可知，连杆小端、上下端盖的安全系数均在2.5以上，连杆大螺栓的安全系数最小，最小值为1.34，出现在连杆受最大拉力时，对于材质均匀，性能离散程度小，可取安全系数许用值n=1.3～1.5,甚至更小因此连杆满足设计所要求的安全系数1.3，即连杆有限元计算的结果是满足设计要求的。 完 毕 谢 谢 大 家！ 新型中速柴油机连杆的有限元分析 汇报人 ：马征 日期 ：2010年10月17日 6L21/32柴油机的主要技术参数 气缸数 6 爆压 200MPa 冲程数 四冲程 压缩比 15.5:1 额定功率 1200kw 缸径 210mm 额定转速 1000rpm 连杆长度 688mm 连杆几何模型 6L21/32型中速柴油机连杆共由小端、上端盖、下端盖、衬套、上瓦、下瓦、小螺栓、大螺栓、小螺母、大螺母十部分组成。 连杆小端几何模型 连杆上端盖几何模型 连杆下端盖几何模型 连杆网格模型参数 6L21/32型中速柴油机连杆网格模型仅对影响连杆强度极微的定位槽做了简化处理，保留了连杆所有的油孔及倒圆角。用网格划分软件Hypermesh对模型进行网格划分，大小螺栓、大小螺母采用六面体单元，其他部件采用四面体单元，相互接触的部位以及油孔处等专门进行网格划分。单元基本尺寸：8mm；单元最小尺寸：1.6mm；单元数量：345688个；节点数量：88382个。 连杆网格模型 1-衬套；2-小端；3-小螺栓；4-小螺母；5上端盖；6-上轴瓦；7-曲柄销；8-下轴瓦；9-下端盖；10-大螺母；11大螺栓 接触关系的建立 将整个网格模型导入到MSC.Patran中，建立连杆各个部件的接触体，接触的类型选择弹性体（Deformable Body），通过接触表（BCTABLE）来设置连杆各部件之间的接触关系，共有十四个接触对，分别为小端与衬套、小端与上端盖、小端与小螺母、上端盖与下端盖、上端盖与小螺栓、上端盖与大螺栓、上端盖与上轴瓦、下端盖与下轴瓦、下端盖与大螺母、曲柄销与上轴瓦、曲柄销与下轴瓦、上轴瓦与下轴瓦、小螺栓与小螺母、大螺栓与大螺母。 接触表 连杆载荷及载荷分布规律 连杆在运动过程中，最危险的工况出现在连杆受最大拉力和最大压力时，此时，连杆主要受到5种机械载荷： 衬套与轴瓦的过盈力 连杆螺栓预紧力 活塞组件的惯性力 连杆自身的往复惯性力 作用于活塞的最大气体力 作用于活塞的最大气体力和活塞组惯性力在衬套的轴向呈二次抛物线分布、圆周方向按120°余弦分布，其载荷分布规律如下图所示。 载荷在轴向二次抛物线分布： 载荷在圆周120°范围内余弦分布： 载荷 可通过双重积分得到： 载荷密度分布函数为： 式中： F为衬套受到的载荷； L为衬套轴向方向的半长；R为衬套的内半径。 衬套轴瓦预紧力模拟 衬套的总过盈量为0.18mm；轴瓦的装配过盈量为0.19mm。根据材料具有根据材料具有热胀冷缩的特性，用温度法来模拟衬套