连杆疲劳强度试验及分析方法（重庆汽车研究所）.docVIP

连杆疲劳强度试验及分析方法 重庆汽车研究所 连杆疲劳强度试验及分析方法 连杆疲劳强度试验以连杆成品实物在疲劳试验机上进行，试验方式为拉压加载不对称循环，试验平均负荷为压负荷，载荷循环特征模拟发动机上连杆工作负荷特征，加载频率与发动机额定工况下连杆负荷变化相当，通过试验求出S-N曲线，统计分析出样本条件疲劳强度均值和样本标准偏差，并在工作载荷及疲劳强度的概率分布规律下，求出连杆不发生破坏的概率。 1 术语 存活率p—母体中个体疲劳寿命大于疲劳寿命Np的概率。 具有存活率p的疲劳寿命Np-- Np的含义是母体中有p的个体疲劳寿命大于Np。 自由度--当观察的数据的个数为n时，方差的自由度为=n-1。 显著度--在t频率函数中，接受区间为（-），而接受区间的上下限±，与所取的有关，这个值叫做显著度。当显著度和自由度给定时，按 给出，值可由附表2查出。 置信度 —在t频率曲线中，横坐标和-之间曲线以下包围的面积为，则统计量t= 位于区间（-）以内的概率为。概率叫置信度，。 在连杆、连杆螺栓的疲劳强度分析时，置信度取90%，=10%。 可靠度 --零、部件在规定的时间和给定的条件下正常工作的概率，是针对零、部件个别而言。而置信度是针对零、部件的试验样本，即试验结果的可信程度。 相关系数R—当计算出的相关系数大于附表5中的相关系数起码值时，说明回归方程的显著度良好，用直线拟合的各数据点有意义。 2 试验原理 2.1 连杆的工作载荷 连杆的工作载荷主要由两部分组成，一是经活塞顶传来的燃气爆发力，二是活塞连杆组高速运动产生的惯性力。在分析时，进而认为最大燃气爆发力和惯性力均在上止点出现，两者可以迭加。 最大爆发力：Q1 = （100PK – 9.080665）πD2/4，N 式中：PK---最高气缸压力 MPa D---气缸直径 cm 连杆所受惯性力：Q2 = G1（1+λ）rω2+G2rω2 ，N 式中：G1--活塞连杆组往复质量，（包括活塞、活塞环、活塞销、活塞销卡环及连杆小头质量）,kg G2--活塞连杆组回转质量（连杆大头质量）,kg λ—曲柄连杆比； r— 曲柄回转半径，cm； ω--曲柄回转角速度,1/s，ω=2πn/60； n --发动机转速，r/min。 计算举例：以某一300kw工程机械用机型作计算实例。该机型的工作条件如表1所示。 表1某一300kw 发动机的工况 工况 性能 最大扭矩 标定功率 25%超速超供油 转速 r/min 1500 2100 2625 最高气缸压力MPa 14.3 14.0 14.3 连杆工作载荷计算结果如表2所示： 表2 连杆工作载荷计算结果 kN 工况 部位 载荷 最大扭矩 标定功率 25%超速超供油 连杆小头端 燃气作用力 -217.96 -213.45 -217.96 惯性力 12.63 24.75 38.67 总载荷 -96.35±108.98 -81.98±106.73 -70.31±108.98 连杆大头端 燃气作用力 -217.96 -213.45 -217.96 惯性力 22.65 44.40 69.37 总载荷 -86.33±108.98 -62.33±106.73 -39.61±108.98 注：表2中一些数据的算法：108.98=217.96/2; -96.35= -108.98+12.63，其余类推。 2.2 试验方法 进行连杆疲劳强度试验时，以连杆实物做为不对称循环的拉压疲劳强度试验，试验采用载荷控制法，平均载荷为压载交变载荷波形为正弦波，见图1。 图中：Pmax ----最大载荷，在载荷循环中具有最大代数值的载荷，以拉伸为正，压缩载荷为负。 Pmin ----最小载荷。在载荷循环中具有最小代数值的载荷，以拉伸为正，压缩载荷为负。 Pm ----平均载荷，Pmax和Pmin的代数平均值。 Pm =( Pmax + Pmin)/2 。 Pa ----载荷幅值，Pmax和Pmin的代数差的一半，Pa = (Pmax – Pmin)/2。 载荷负荷永为正。 试验样品为尺寸及材料鉴定合格的成品连杆，并装上活塞、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆小头衬套及模仿连杆轴颈的销轴，试验时呈连杆组总成状态，用适当的夹具，将连杆装在Instron 8500疲劳试验机上。试验时大小头加机油润滑。 Pmax