連桿襯套過盈裝配壓出力影響規(guī)律試驗研究

賀金虎 白 龍

（山西柴油機工業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同037036）

0 引言

連桿襯套過盈裝配壓出力是評價裝配質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響到柴油機的使用可靠性。連桿襯套作為發(fā)動機的主要部件，在工作過程中承受著高頻脈動載荷，特別是當(dāng)連桿和襯套配合的壓出力不足時，會造成連桿發(fā)生轉(zhuǎn)動和軸向竄動。同時，當(dāng)襯套缺失時，連桿小頭孔將局部或全部直接承受活塞銷非周期復(fù)雜交變載荷的沖擊，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致連桿斷裂，因此對連桿襯套過盈配合壓出力影響規(guī)律進行研究是非常有必要的。本文通過試驗對某型號柴油機連桿襯套過盈裝配壓出力的范圍進行合理取值，研究了過盈量、表面粗糙度和表面硬度對該型號柴油機在裝配過程中連桿小頭襯套過盈裝配壓出力的影響規(guī)律。

1 試件材料

連桿材料為42CrMoA，其化學(xué)成分如表1所示，此材料屬于超高強度鋼，韌性好，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。連桿襯套材料為CuSn6Ni6，即錫青銅，其化學(xué)成分如表2所示，具有高強度、高彈性、高耐磨性和高抗磁性，可加工性良好。

表1 42CrMoA的化學(xué)成分 單位：%

表2 CuSn6Ni6的化學(xué)成分 單位：%

2 試驗方案

試驗選取3組、每組6套連桿襯套裝配體，在襯套裝入連桿底孔前，需對連桿底孔表面粗糙度、表面硬度進行加工設(shè)置；對襯套外圓表面粗糙度進行加工設(shè)置，通過不同的連桿底孔表面尺寸和襯套外圓表面尺寸，設(shè)置連桿襯套過盈裝配的過盈量。

試驗中使用北京時代集團公司生產(chǎn)的TR240便攜式表面粗糙度測量儀，測量試件的表面粗糙度，每一個加工表面均采取多點測量取平均值的方法獲得表面粗糙度結(jié)果；使用日本Future-Tech產(chǎn)FM-300顯微硬度儀測量試件表面顯微硬度，壓頭載荷100 g，取5次測量結(jié)果的平均值為表面硬度；采用國產(chǎn)63 kN單柱液壓機（YB30-63型）測試連桿襯套過盈裝配的壓出力。

3 壓出力取值范圍選取

3.1 最小壓出力試驗方案

設(shè)置不同壓出力，然后通過上機試驗考核驗證，得出最小壓出力適用值，試驗驗證結(jié)果如表3所示。

表3 某型號柴油機裝配試驗驗證結(jié)果

從表3數(shù)據(jù)可以看出，在壓出力小于12 000 N時，連桿襯套會發(fā)生滑動，造成襯套有擦傷現(xiàn)象發(fā)生，從而降低柴油機的運行可靠性，因此壓出力最小應(yīng)選擇12 000 N。

3.2 最大壓出力試驗方案

設(shè)置不同壓出力對連桿襯套進行壓出力試驗，將連桿襯套利用臥式銑床X6140切開拆卸后，檢測連桿襯套是否發(fā)生塑性變形，即可判斷出最大壓出力，具體情況如表4所示。

表4 壓出力試驗方案

從表4數(shù)據(jù)可以看出，在壓出力大于50 000 N時，連桿襯套會發(fā)生塑性變形，進而導(dǎo)致襯套在壓出力的作用下發(fā)生松動，因此壓出力最大應(yīng)選擇50 000 N。

4 試驗結(jié)果

4.1 過盈量對貼合度及壓出力的影響規(guī)律

過盈量取某型號柴油機連桿襯套裝配過盈量的常用范圍，即0.01～0.12 mm，分別測試其壓出力大小，并記錄數(shù)據(jù)，如表5所示。從表5數(shù)據(jù)可以看出，隨著過盈量的增加，壓出力隨之減小，但當(dāng)過盈量增加到一定值后，壓出力又隨過盈量的增加而增加，且壓出力始終符合壓出力限定范圍，因此過盈量在0.03～0.12 mm均合適、有效。

4.2 表面粗糙度對貼合度及壓出力的影響規(guī)律

本文選取1組、每組6套連桿襯套裝配體，考慮到工藝參數(shù)控制，連桿小頭底孔較襯套外圓粗糙度較易控制，因此限定襯套外圓粗糙度Ra為0.4，小頭底孔粗糙度為某型號柴油機連桿襯套常用范圍，即0.4～0.63，過盈量限定為0.10 mm，分別測試其壓出力大小，并記錄數(shù)據(jù)，如表6所示。從表6數(shù)據(jù)可以看出，在過盈量相同的條件下，壓出力隨連桿底孔粗糙度降低而減小，但不呈現(xiàn)明顯的線性規(guī)律，當(dāng)粗糙度Ra提高到0.5后，其壓出力有增大趨勢，主要原因是粗糙度的增加導(dǎo)致貼合面出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，此時壓出力是摩擦力和剪切力的疊加。

表5 過盈量與壓出力/貼合度試驗結(jié)果

表6 表面粗糙度與壓出力/貼合度試驗結(jié)果

4.3 表面硬度對貼合度及壓出力的影響規(guī)律

本文選取1組、每組6套連桿襯套裝配體，考慮到工藝參數(shù)控制，連桿小頭底孔較襯套外圓表面硬度更易控制，因此限定襯套外圓表面硬度為HB200，小頭底孔表面硬度為某型號柴油機連桿襯套常用范圍，即HB285～331，過盈量限定為0.10 mm，分別測試其壓出力大小，并記錄數(shù)據(jù)，如表7所示。從表7數(shù)據(jù)可以看出，在過盈量相同的條件下，壓出力隨連桿底孔表面硬度的增加而減小，但不呈現(xiàn)明顯的線性規(guī)律，主要原因為低硬度會造成襯套具有一定嵌入性，從而導(dǎo)致壓出力增大。

表7 表面硬度與壓出力/貼合度試驗結(jié)果

5 結(jié)語

上述試驗證明，在連桿襯套過盈裝配中，過盈量、表面粗糙度和表面硬度對壓出力影響顯著。在限定范圍內(nèi)，為提高連桿襯套過盈裝配壓出力，應(yīng)采用較大或較小的過盈量以及較大的表面粗糙度和較小的表面硬度。