配合間隙對連桿疲勞強(qiáng)度的影響

侯曄星 張麗強(qiáng) 張自明 王昊

（中國北方發(fā)動機(jī)研究所天津300400）

配合間隙對連桿疲勞強(qiáng)度的影響

侯曄星 張麗強(qiáng) 張自明 王昊

（中國北方發(fā)動機(jī)研究所天津300400）

針對某型號連桿，利用應(yīng)力測試方法，測量了不同活塞銷與小頭孔配合間隙下的應(yīng)力。分析了不同間隙對小頭過渡圓角處應(yīng)力的影響程度，對連桿疲勞試驗(yàn)方法改進(jìn)及結(jié)果評估提供參考。

連桿配合間隙應(yīng)力測量應(yīng)變計(jì)

引言

連桿小頭不僅傳遞活塞傳來的力，還相對于活塞銷擺動，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度和摩擦磨損問題[1]。其中活塞銷與連桿小頭孔的配合間隙十分重要，配合間隙過小，活塞銷與小頭襯套容易燒死；配合間隙過大，不易形成潤滑油膜。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中配合間隙一般控制在一個范圍內(nèi)，而配合間隙的不同會對小頭關(guān)鍵部位的應(yīng)力有影響[2,3]。本文針對某柴油機(jī)連桿結(jié)構(gòu)樣件，通過試驗(yàn)測試方法，研究了活塞銷與小頭底孔不同配合間隙對關(guān)鍵部位應(yīng)力的影響程度，對連桿疲勞試驗(yàn)方法改進(jìn)及連桿小頭強(qiáng)度評估提供參考。

1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)針對某型號連桿小頭配合間隙的影響進(jìn)行研究，在連桿小頭過渡圓角及附近布置應(yīng)變計(jì)，方案見圖1。

試驗(yàn)條件見表1。

圖1 連桿小頭布片方案

表1 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)用活塞銷共四種方案，連桿小頭底孔尺寸及活塞銷尺寸，見表2。

表2 小頭底孔及活塞銷尺寸mm

對連桿施加垂直拉壓載荷。試驗(yàn)現(xiàn)場見圖2。

圖2 連桿應(yīng)力測試現(xiàn)場

2 試驗(yàn)結(jié)果

拉、壓載荷工況下應(yīng)力結(jié)果見表3、4。

表3 240kN壓載結(jié)果MPa

表4 45kN拉載結(jié)果MPa

不同配合間隙應(yīng)力對比見圖3。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：

1）連桿兩側(cè)對稱位置應(yīng)力變化規(guī)律基本一致，應(yīng)力存在差異是由于貼片位置、加載裝置對中、零件結(jié)構(gòu)偏差造成的。

2）施加壓縮載荷時，各測點(diǎn)應(yīng)力與載荷均呈線性關(guān)系。

3）施加拉伸載荷時，小頭中分線外側(cè)的2、9號測點(diǎn)應(yīng)力與載荷呈非線性關(guān)系，其應(yīng)力變化規(guī)律曲線與間隙值的大小有關(guān)。連桿其它測點(diǎn)應(yīng)力與載荷基本呈線性關(guān)系。

圖3 不同配合間隙應(yīng)力對比

4）在一定范圍內(nèi)，不同的配合間隙與應(yīng)力值近似為線性關(guān)系，在該范圍內(nèi)可插值得到不同配合間隙下的應(yīng)力。

該連桿小頭設(shè)計(jì)配合間隙為0.05 mm~0.08 mm，通過插值得到兩種極限間隙下的應(yīng)力結(jié)果，見表5。

兩種極限間隙下，最大拉載時關(guān)鍵部位應(yīng)力相差為12.26%～24.19%，最大壓載下相差為-7.84%～-16.45%。

該連桿在最大拉、壓動態(tài)載荷下，連桿小頭底孔與活塞銷0.08 mm間隙與0.05 mm間隙狀態(tài)相比，小頭過渡圓角布片位置處的疲勞安全系數(shù)降低了10.91%~19.48%。

表5 最大拉、壓載荷下兩種極限間隙下的應(yīng)力

3 結(jié)論

1）從測試數(shù)據(jù)得到：活塞銷與小頭底孔配合間隙增大對小頭過渡圓角處應(yīng)力影響很明顯，會造成拉應(yīng)力增加，壓應(yīng)力減小，導(dǎo)致該處的疲勞性能下降，因此在保證小頭潤滑條件的前提下，小頭襯套底孔與活塞銷的配合間隙應(yīng)盡量小。

2）建議在連桿小頭疲勞試驗(yàn)時記錄每個試驗(yàn)件的配合間隙，結(jié)合配合間隙對疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

1袁兆成.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

2孫占剛，賈志寧.內(nèi)燃機(jī)連桿疲勞破壞機(jī)理研究綜述[J].內(nèi)燃機(jī)，2006（4）：1~3

3李舜酩.機(jī)械疲勞與可靠性設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)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）

侯曄星（1974-），男，研究員，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動機(jī)零部件測試技術(shù)。