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连杆疲劳有限元分析

胡海龙

（长城汽车股份有限公司动力事业部，河北省保定市）

摘要：本文通过应用ABAQUS软件对公司汽油机连杆进行了装配、最大爆发压力工况和最大惯性力工况下的求解计算。通过

对各个工况计算结果进行叠加对连杆进行评估，并用疲劳软件对连杆进行了高周疲劳分析，完成连杆的强度分析。

关键词：连杆、有限元、ABAQUS、接触

前言

连杆是发动机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力

传给曲轴以输出功率。连杆在工作过程中要承受装配载荷（包括螺栓预紧力及轴瓦过盈）和交变工作载荷（包括

气体爆发压力及惯性力）的作用，工作条件比较苛刻。连杆计算的边界条件比较复杂，必须考虑接触非线性，

而ABAQUS软件广泛应用于求解非线性问题，所以计算中采用ABAQUS来求解。通过建立连杆组件的三维有限元模

型对其进行装配、压缩、拉伸以及疲劳分析确保连杆设计可靠性。

1有限元模型

连杆有限元模型包括连杆体、连杆盖、上下轴瓦、活塞销、螺栓。由于连杆的对称性，因此只计算了连杆的

一半，在对称面上施加对称边界条件。连杆有限元模型所用的单元是二阶10节点四面体单元，单元总数68470；节

点总数118321，模型见下图。

图1连杆有限元模型

2边界条件

2.1装配工况

图2连杆轴承测量量具

根据上图测量计算得到轴瓦最大过盈量为0.096mm,最小过盈量为0.077mm。

螺栓预紧力为31111N

2.2最大拉伸载荷

在活塞销外端面施加活塞对连杆的作用力13.25MPa

活塞销的惯性加速度载荷通过对活塞销施加加速度来模拟

21617.5m/s^2

连杆（连杆体、连杆盖、轴瓦、螺栓、定位销）的惯性加速度用下列公式计算：

=18047.791m/s^2

2.3最大压缩载荷

在活塞销外端面施加活塞对连杆的作用力65.3MPa

3计算结果及分析

图3装配载荷工况应力分布图4最大爆发压力载荷工况应力分布

图5最大惯性载荷工况应力分布

由图3~图5可知，在装配载荷工况，最大应力出现在连杆小头的油孔处应力为619MPa。在最大压缩载荷工

况连杆杆身受到很大的气体爆发压力，从而使连杆杆身的压应力也较大。特别是在连杆大小头与杆身的过渡处更

加明显，应力值为422MPa。最大拉伸载荷工况应力较大位置主要出现在大小头内侧以及与杆身过渡处，最大应

力值167MPa

4疲劳估算

图6高周疲劳安全因子分布

图6分析表示发动机转速在6000rpm时的安全因子，通过分析可知连杆低安全因子主要分布在连杆的大小头

与杆身过渡处及连杆杆身处。连杆的安全系数大于设计要求，说明连杆强度是可靠的。

5结论

（1）通过对连杆应力强度计算，连杆材料的屈服强度为785MPa,螺栓预紧力对连杆螺纹处造成了很大的应力，

衬套装配载荷同样引起了很大的应力。但是各工况应力值均满足强度要求。

（2）连杆的安全系数大于安全因子设计要求，强度满足要求。

参考文献

[1]ABAQUS/Standard有限元软件入门指南庄茁等译北京清华大学出版社1998

[2]内燃机连杆有限元结构分析李红庆ABAQUS2004中国区论文

[3]内燃机设计杨连生