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连杆衬套咬合的解析

曾庆强，徐发扬

（长安汽车股份有限公司汽车工程研究院，重庆401120）

摘要：连杆组件包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、小头衬套和连杆轴瓦等部件，他们作为一个整体连接着活塞销和曲柄销，

承载着缸内气体作用力和惯性力，工作状况比较恶劣，全浮式活塞销在工作时，在连杆小头孔、活塞销孔中转动，可以保证活塞

销沿圆周磨损均匀，但是如果连杆小头与活塞销间隙太小，润滑不良，会使连杆小头与活塞销间出现干摩擦，致使连杆小头拉伤。

我们使用Abaqus的静力学分析方法，分别计算分析连杆的装配工况、最大转速的惯性力工况和最大转速工况，分析其间隙的变化

趋势，并联合这几种极限工况，分析连杆小头的疲劳强度。

关键词：连杆，静力学，疲劳强度，Abaqus，FEMFAT

MethodofAnalysisforScuffofConnectingrodSmallEnd

ZENGQingqiang，XUfayang

（AutomobileEngineeringInstituteofChangAnAutomobileCo.Ltd，Chongqing,401120,China）

Abstract:Connectingrodincludedrodbody,cap,bolt,bushingandbearingshell,Gasandmassforceactingonthem,environment

ofworkisveryhard,pistolpinisrotatedinthesmalleyeofconnectingrod,iftheclearancebetweenthesmalleyeandpistolpinistoo

small,pistolpinandsmallendwillgrateeachother,weuseAbaqustocomputeassemblecase,largestmassforcecaseandthemostfast

case,analysisthechangetrendoftheclearance,recommendsuitableclearance,weusethesethreecasetocomputedthefatigueofsmall

endofconnectingrod.

Keywords:Connectingrod,Static,Fatiguestrength,Abaqus,FEMFAT

1.前言

某款发动机在试验过程中，运转到80小时时，出现活塞销与连杆、活塞卡死，活塞销表面发蓝等现象[图1]，

活塞组件与连杆组件并没有出现温度过高的现象，经过讨论分析，我们认为，出现卡死现象有几个原因：

第一、连杆小头与活塞销间隙太小

第二、活塞销刚度不足，变形太大

第三、润滑、冷却状况不好。

针对以上几个原因我们分别采取了实验验证，把活塞销间隙从3微米增加到11微米，并增加PCJ，加强小头

的润滑，缩小活塞销内径，增加活塞销刚度，但是依然没有解决上述问题，为此发动机所委托我们进行了连杆小

头间隙分析、刚度分析，强度分析，以期望推荐合适的活塞销间隙，解决活塞销咬合问题。

图1活塞销和连杆小头拉伤图2活塞曲柄连杆示意图

2.力学模型剖析

连杆组件包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、小头衬套和连杆轴瓦等部件，他们作为一个整体连接着活塞销和

曲柄销，承载着缸内气体作用力和惯性力[图2]，而作用在活塞上的气体作用力为：

??(p?p)?

gas（1）

g0

其中，

?是作用在活塞上的气体爆发压力，

gas

p为气体爆发压强，

g

p为曲轴箱气体的绝对压强，A为活塞

0

的投影面积。

而运动质量的惯性力包括活塞组件即活塞、活塞环活塞销卡环和活塞销因为往复运动产生的往复惯性力，

其大小可由下式得到：

f

mass??ma（2）

piston

其中

m为活塞组件的质量，a为活塞的加速度

piston

连杆运动时的惯性力是一种分布的集中力，由于连杆上各单元的位置不同，各单元的惯性力也就不同：

df

mass

?

r?(1?

2

?)(0?

dm360?)

,、时，指向小头

df

mass

?

r(1

?2?

?)dm?)

，(540时，指向大头

（3）

绕中心小头摆动的离心力为：

dfx,()

rot???2?（4）

2y2dm总在形心与小头的离心方向

2cc

式中r为曲柄半径