APP下载

基于ANSYSWorkbench的连杆衬套过盈量研究

2015-01-25山西中北大学机械与动力工程学院梁大珍樊文欣

河北农机 2015年5期
关键词:过盈量衬套连杆

山西中北大学机械与动力工程学院 梁大珍 樊文欣

1 引言

随着全球经济的迅猛发展和科学技术的全面进步,汽车等代步工具在人类的生产生活中发挥着越来越重要的作用[1]。人们对汽车的追求,越来越看重舒适性、节能性和动力性等[2]。要达到这些目标,在汽车零件的设计生产过程中,必须做到精益求精。

2 连杆衬套受力分析

气缸爆发力的计算公式为[3]:

式中,

Fg—气体压力,N;

Pg—气缸所受的气体压力,MPa;

S—活塞的投影面积,mm2;

d—缸径,mm;

P—气缸内压力,MPa;

P′—曲轴箱气体压力,MPa,一般取P′为0.1MPa。

作用在连杆衬套上的气体力是气缸爆发压力在连杆上的分力,在内燃机工作时,连杆衬套还受到曲柄连杆组惯性力的作用[4],因此,连杆衬套的受力是两个力的总和。本文研究最大机械力对连杆衬套的影响,其中,气体力在做工冲程活塞远离上止点15°的时刻是最大的[5],此时,连杆衬套所受的最大机械力的总和为204.462KN。

3 仿真分析

3.1 模型的建立

本文研究对象为150型号的圆筒形连杆衬套,衬套的外径为57mm,内径为51mm,高度为50mm。基于ANSYSWorkbench建立连杆小头、连杆衬套和活塞销三体装配模型如图1所示。

图1 连杆衬套仿真模型

连杆衬套所用材料的相关参数如下:密度为8.85×103(kg/m3)、热膨胀系数为18×10-6(℃-1)、弹性模量为1.29×1011Pa、泊松比为0.3、热导率为67(W/m·k)。连杆衬套所受的机械载荷以轴承力的形式进行加载。

3.2 只考虑预紧力的仿真分析结果

厚壁圆筒与薄壁圆筒过盈配合时接触压力的计算公式:

其中,Δ为衬套压配时的过盈量;r1为结合半径,r1=28.5mm;r2为组合筒外半径,r2=42mm;r为组合筒内筒平均半径,r=25.5mm;P为结合压力,t为薄壁筒厚度,t=3mm;E1为连杆材料的弹性模量,E1=210GPa;E2为连杆衬套材料的弹性模量,E2=129GPa。

运用上式推导不同过盈量下接触压力的理论值,并使用软件仿真不同过盈量下接触面的接触压力值,对两种方法得出的结果进行比较,结果如表1所示。

表1显示误差在5%以内,说明模型是可靠的,可以使用该模型进行连杆衬套的仿真分析。满足传递足够扭矩的最小结合压力为22.847MPa,所以最小过盈量为0.06mm。

表1 理论结合压力与仿真结合压力对比

3.3 考虑机械载荷的分析结果

连杆衬套需要承受相当大的机械载荷,只有满足在承受机械载荷时的等效应力小于材料的屈服极限,才能满足使用要求。在可靠模型上施加一定量的机械载荷,分析不同过盈量下连杆衬套的等效应力。

图2 0.09mm过盈量接触面应力云图

图3 0.09mm过盈量连杆衬套等效应力云图

由图2可以看出,最大接触压力为97.717MPa,出现在与轴正方向且与连杆衬套相接触的区域,与轴承力的分布特点相符合。在图3中,连杆衬套最大等效应力为556.81MPa,出现在x轴正反方向的两个区域,应力集中的分布情况与材料受压变形有关。不同过盈量的分析结果以图表的形式进行显示,见图4和图5。

如图4和图5所示,施加载荷后,连杆衬套等效应力、连杆小头等效应力均比施加载荷前大,且过盈量为0.12mm时连杆衬套等效应力已达679.65MPa,很接近连杆衬套的屈服极限,而过盈量为0.13mm时,连杆衬套等效应力为722.76MPa,超过了其屈服极限。因此,装配过盈量应小于0.13mm。

图4 加载前后连杆衬套等效应力对比

图5 加载前后连杆小头等效应力

4 结论

综合考虑连杆小头和连杆衬套的应力情况,在受载时,装配过盈量不可大于0.12mm,否则,连杆衬套达屈服极限620MPa时会发生失效。分析结果显示,施加载荷后的接触压力比施加载荷前接触压力大,过盈量为0.06mm时接触压力为83.716MPa,大于传递扭矩所需的最小接触压力,因此,0.06mm的装配过盈量是可取的。因此,装配过盈量的可取范围为0.06mm~0.12mm。

[1]何源.基于力学特征的汽车操纵舒适性测评系统研究[D].2009.

[2]范校尉.柴油机过盈装配连杆衬套孔径收缩量的仿真分析[D].2001(5):25.

[3]樊文欣,张涛等.强力旋压加工的高速柴油机连杆衬套[J].车用发动机,1997,2:32-35.

[4]张保成,苏铁熊等.内燃机动力学[M].山西:国防工业出版社,2009.

[5]冯垣洁.发动机连杆衬套过盈装配仿真及分析[D].中北大学硕士论文,2011(5).27.

猜你喜欢

过盈量衬套连杆
压裂泵虚拟试验连杆疲劳性能研究
汽车麦弗逊悬架前下摆臂衬套布置形式研究
某发动机连杆螺栓拧紧工艺开发
偏心衬套的更换技巧
导管压装过程及压装力影响因素探析
过盈装配的传动轴衬套尺寸设计
民机衬套修理技术对金属结构疲劳性能的影响研究
连杆的设计及有限元分析
轮对及制动盘压装失败原因分析
地铁轮轴压装试验情况浅析