配合间隙对连杆疲劳强度的影响
2014-02-14侯晔星张丽强张自明王昊
侯晔星 张丽强 张自明 王昊
（中国北方发动机研究所天津300400）
配合间隙对连杆疲劳强度的影响
侯晔星 张丽强 张自明 王昊
（中国北方发动机研究所天津300400）
针对某型号连杆，利用应力测试方法，测量了不同活塞销与小头孔配合间隙下的应力。分析了不同间隙对小头过渡圆角处应力的影响程度，对连杆疲劳试验方法改进及结果评估提供参考。
连杆配合间隙应力测量应变计
引言
连杆小头不仅传递活塞传来的力，还相对于活塞销摆动，设计时应考虑强度、刚度和摩擦磨损问题[1]。其中活塞销与连杆小头孔的配合间隙十分重要，配合间隙过小，活塞销与小头衬套容易烧死；配合间隙过大，不易形成润滑油膜。
在实际生产过程中配合间隙一般控制在一个范围内，而配合间隙的不同会对小头关键部位的应力有影响[2,3]。本文针对某柴油机连杆结构样件，通过试验测试方法，研究了活塞销与小头底孔不同配合间隙对关键部位应力的影响程度，对连杆疲劳试验方法改进及连杆小头强度评估提供参考。
1 试验方案
本次试验针对某型号连杆小头配合间隙的影响进行研究，在连杆小头过渡圆角及附近布置应变计，方案见图1。
试验条件见表1。
图1 连杆小头布片方案
表1 试验设备
本次试验用活塞销共四种方案，连杆小头底孔尺寸及活塞销尺寸，见表2。
表2 小头底孔及活塞销尺寸mm
对连杆施加垂直拉压载荷。试验现场见图2。
图2 连杆应力测试现场
2 试验结果
拉、压载荷工况下应力结果见表3、4。
表3 240kN压载结果MPa
表4 45kN拉载结果MPa
不同配合间隙应力对比见图3。
根据试验数据可以得出：
1）连杆两侧对称位置应力变化规律基本一致，应力存在差异是由于贴片位置、加载装置对中、零件结构偏差造成的。
2）施加压缩载荷时，各测点应力与载荷均呈线性关系。
3）施加拉伸载荷时，小头中分线外侧的2、9号测点应力与载荷呈非线性关系，其应力变化规律曲线与间隙值的大小有关。连杆其它测点应力与载荷基本呈线性关系。
图3 不同配合间隙应力对比
4）在一定范围内，不同的配合间隙与应力值近似为线性关系，在该范围内可插值得到不同配合间隙下的应力。
该连杆小头设计配合间隙为0.05 mm~0.08 mm，通过插值得到两种极限间隙下的应力结果，见表5。
两种极限间隙下，最大拉载时关键部位应力相差为12.26%～24.19%，最大压载下相差为-7.84%～-16.45%。
该连杆在最大拉、压动态载荷下，连杆小头底孔与活塞销0.08 mm间隙与0.05 mm间隙状态相比，小头过渡圆角布片位置处的疲劳安全系数降低了10.91%~19.48%。
表5 最大拉、压载荷下两种极限间隙下的应力
3 结论
1）从测试数据得到：活塞销与小头底孔配合间隙增大对小头过渡圆角处应力影响很明显，会造成拉应力增加，压应力减小，导致该处的疲劳性能下降，因此在保证小头润滑条件的前提下，小头衬套底孔与活塞销的配合间隙应尽量小。
2）建议在连杆小头疲劳试验时记录每个试验件的配合间隙，结合配合间隙对疲劳试验结果进行分析。
1袁兆成.内燃机设计[M].北京：机械工业出版社，2008
2孙占刚，贾志宁.内燃机连杆疲劳破坏机理研究综述[J].内燃机，2006（4）：1~3
3李舜酩.机械疲劳与可靠性设计[M].北京：科学出版社，2006
The Impact of Fit Clearance on Fatigue Strength of Connecting Rod
Hou Yexing,Zhang Liqiang,Zhang Ziming,Wang Hao
China North Engine Research Institute(Tianjin,300400,China)
For a certain type of connecting rod,the stress status of main parts is gained via stress test of the different fit clearance between the piston pin and connecting rod.The study on the impact of the different clearance provides a reference for improving fatigue testing methods and results assessment.
Connecting rod,Fit clearance,Stress measurement,Strain gauge
TK413.3
A
2095-8234（2014）06-0062-03
2014-10-31）
侯晔星（1974-），男，研究员，主要研究方向为发动机零部件测试技术。
