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“計(jì)算方法見(jiàn)《連桿大端的受力分析及螺栓預(yù)緊力的確定》”，看一篇文獻(xiàn)時(shí)，看到了這句話，故尋找《連桿大

故尋找《連桿大端的受力分析及螺栓預(yù)緊力的確定》，并附上我看的這片文獻(xiàn)的名字和連連接，《240/275柴油機(jī)連桿大端的受力分析及改進(jìn)》http://scholar.google.com.hk/scholar?hl=zh-CN&q=240%2F275%E6%9F%B4%E6%B2%B9%E6%9C%BA%E8%BF%9E%E6%9D%86%E5%A4%A7%E7%AB%AF%E7%9A%84%E5%8F%97%E5%8A%9B%E5%88%86%E6%9E%90%E5%8F%8A%E6%94%B9%E8%BF%9B&lr=&as_ylo=&as_vis=0 多謝了，
問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 2017-03-30
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240/275柴油機(jī)連桿大端的受力分析及改進(jìn) 作者：大連機(jī)車(chē)車(chē)輛工廠 曲佳東 鄭智詒 摘要 幾經(jīng)改進(jìn)的240/275柴油機(jī)G型連桿在機(jī)車(chē)大修時(shí)仍在連桿大端斜切面短臂最外側(cè)齒面產(chǎn)生微細(xì)裂紋，對(duì)此作了連桿大端的受力狀況理論分析，找出大端短臂最外側(cè)齒面產(chǎn)生微細(xì)裂紋的主要原因，并對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，作了新老方案的比較分析的連桿實(shí)物疲勞試驗(yàn)，并于1996年裝車(chē)進(jìn)行線路運(yùn)用考核試驗(yàn)。 關(guān)鍵詞 連桿大端 齒面微細(xì)裂紋 改進(jìn)設(shè)計(jì) 1 引言 連桿是柴油機(jī)重要運(yùn)動(dòng)部件之一，對(duì)四沖程柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，在膨脹沖程時(shí)，它將作用在活塞上很高的氣體力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩，在排氣沖程末和吸氣沖程開(kāi)始時(shí)，則將承受著很大的往復(fù)慣性力(尤其是大端)，運(yùn)轉(zhuǎn)中交變十分頻繁，因此，故障比較多。240/275柴油機(jī)連桿在運(yùn)用中曾先后發(fā)生過(guò)連桿螺釘斷裂、連桿蓋斷裂及大端短臂側(cè)齒部裂紋等故障。我廠對(duì)此幾經(jīng)改進(jìn)，演變成現(xiàn)在的G型連桿。應(yīng)該說(shuō)G型連桿比早期的連桿有了明顯的改善。但在大修時(shí)仍發(fā)現(xiàn)有些連桿在大端斜切面短臂最外側(cè)齒面有微細(xì)裂紋。為此，我們對(duì)連桿大端在運(yùn)轉(zhuǎn)中的受力狀況進(jìn)行了理論分析，找出了大端短臂最外側(cè)齒面微細(xì)裂紋產(chǎn)生的主要原因，并針用原因進(jìn)行了改進(jìn)。 2 240/275柴油機(jī)G型連桿大端的改進(jìn) 2.1 對(duì)已有裂紋的G型連桿進(jìn)行整修 盡管G型連桿經(jīng)過(guò)一個(gè)大修期左右的運(yùn)用，在大端短臂最外側(cè)齒面產(chǎn)生微細(xì)裂紋，但還未給運(yùn)用帶來(lái)大的問(wèn)題?？紤]到G型連桿已大量裝用在16V240ZJB、C型柴油機(jī)上，如果對(duì)大端短臂最外側(cè)齒面已有裂紋的連桿采取一定措施，使之能繼續(xù)安全地使用一段時(shí)間，對(duì)用戶(hù)還是很有意義的。于是，我們對(duì)已有裂紋的G型連桿予以整修進(jìn)行了下列可行性探索。 1)對(duì)在大修中發(fā)現(xiàn)已有裂紋的G型連桿，按里卡多公司的建議，將連桿蓋最外側(cè)齒剃除，并將裂紋消除，按C型柴油機(jī)運(yùn)用工況的1.1倍負(fù)荷，進(jìn)行了1×107次循環(huán)疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)后經(jīng)探傷檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)齒面有裂紋和其它異?，F(xiàn)象出現(xiàn)(見(jiàn)《16V240ZJ柴油機(jī)G型連桿疲勞試驗(yàn)報(bào)告》)； 2)E型柴油機(jī)樣機(jī)(標(biāo)定轉(zhuǎn)速為1000r/min，標(biāo)定功率為3680kW)在經(jīng)過(guò)包括磨合調(diào)整、全面性能試驗(yàn)、100h和360h試驗(yàn)，累計(jì)約550h試驗(yàn)后，經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)有13根G型連桿齒面已產(chǎn)生裂紋。我們對(duì)其中2根有裂紋的連桿不作任何處理，繼續(xù)裝機(jī)；其余11根則將裂紋消除后繼續(xù)裝機(jī)。之后，E型樣機(jī)又順利地完成了包括6000次由怠速至滿(mǎn)負(fù)荷的熱沖擊試驗(yàn)、50h110%負(fù)荷試驗(yàn)(其中1h為超轉(zhuǎn)速)、5個(gè)10h模擬機(jī)車(chē)循環(huán)負(fù)荷試驗(yàn)、30h怠速試驗(yàn)和性能復(fù)核試驗(yàn)在內(nèi)的更苛刻的考核試驗(yàn)，累計(jì)約550h。試驗(yàn)后經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，原來(lái)沒(méi)有裂紋的3根連桿也產(chǎn)生了裂紋；11根消除裂紋的連桿有2根又出現(xiàn)了裂紋；未作任何處理的2根連桿，齒面裂紋雖有擴(kuò)展，但大端短臂側(cè)齒部均未出現(xiàn)大的破損現(xiàn)象。 通過(guò)上述探索，說(shuō)明已有裂紋的G型連桿，如將連桿蓋短臂最外側(cè)齒剃除，并消除裂紋后，仍可繼續(xù)裝機(jī)使用一段時(shí)間(至少一個(gè)中修期)，而不會(huì)給運(yùn)用帶來(lái)嚴(yán)重后果。 2.2 連桿新方案的探討 盡管有裂紋的G型連桿經(jīng)過(guò)適當(dāng)整修后，仍可繼續(xù)裝機(jī)使用一段時(shí)間，但從設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，總不是理想之舉。于是，我們對(duì)連桿大端在運(yùn)轉(zhuǎn)中的受力狀況進(jìn)行了理論分析，找出了大端短臂最外側(cè)齒面微細(xì)裂紋產(chǎn)生的主要原因，針對(duì)原因進(jìn)行改進(jìn)。 (1)齒面產(chǎn)生微動(dòng)磨損和微細(xì)裂紋的原因分析 為找出裂紋產(chǎn)生的根源，我們計(jì)算了G型連桿在慣性力和氣體力作用下，大端各關(guān)鍵徑向截面上的載荷(計(jì)算方法見(jiàn)《連桿大端的受力分析及螺釘預(yù)緊力的確定》)。 表1列出了這些截面上的載荷，圖1和圖2分別顯示了大端各關(guān)鍵徑向截面的位置，以及在慣性力和氣體力作用下，大端各徑向截面的彎矩分布圖。 由表1、圖1和圖2可知： 1)無(wú)論在慣性力作用下或氣體力作用下，短臂側(cè)結(jié)合面所承受的彎矩，遠(yuǎn)大于長(zhǎng)臂側(cè)結(jié)合面所承受的彎矩； 2)就短臂側(cè)來(lái)說(shuō)，慣性力作用下的彎矩要比氣體力作用下的彎矩大得多，而且方向相反； 3)對(duì)于大端為垂直切口的連桿來(lái)說(shuō)，無(wú)論在慣性力作用下或氣體力作用下，其體與蓋的結(jié)合面所承受的彎矩比斜切口連桿短臂側(cè)結(jié)合面所承受的彎矩小得多。 圖1 連桿大端各徑向截面在慣性力作用下的彎矩分布圖 圖2 連桿大端各徑向截面上氣體力作用下的彎矩分布圖 對(duì)于工程機(jī)械來(lái)說(shuō)，彎矩往往是引起機(jī)件損壞的主要因素。G型連桿大端短臂側(cè)，在慣性力和氣體力作用下，分別承受著方向相反的彎矩。在慣性力作用下，彎矩的方向?yàn)橥鈧?cè)受拉、內(nèi)側(cè)受壓；而在氣體力作用下，彎矩的方向?yàn)橥鈧?cè)受壓、內(nèi)側(cè)受拉。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡合理或(和)螺釘預(yù)緊力不足的話，短臂外側(cè)齒面便出現(xiàn)較強(qiáng)的微動(dòng)摩擦，造成微動(dòng)磨損，時(shí)間一久便在齒面產(chǎn)生微細(xì)裂紋。 表2列出了G型連桿，在慣性力和氣體力作用下，保證短臂側(cè)結(jié)合面處不脫開(kāi)所需的螺釘預(yù)緊力，以及現(xiàn)行實(shí)際的螺釘預(yù)緊力?？梢?jiàn)，G型連桿的螺釘預(yù)緊力不足，在運(yùn)用中造成齒面微動(dòng)磨損。有限元分析也證實(shí)了這一點(diǎn)。這就是在大端短臂最外側(cè)齒面產(chǎn)生微動(dòng)磨損和微細(xì)裂紋的主要原因。 (2)連桿新方案的設(shè)計(jì) 根據(jù)上述分析，我們共提出了6個(gè)改進(jìn)方案，隨同里卡多公司的改進(jìn)建議共12個(gè)方案，每個(gè)方案都進(jìn)行了有限元計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，從中選出一個(gè)最佳方案，作為正式的連桿改進(jìn)新方案。連桿最終改進(jìn)新方案具有下列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1)連桿大端孔和曲軸連桿頸直徑分別保持?205和?195不變，這就具有良好的通用互換性，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)非常重要； 2)調(diào)整連桿大端長(zhǎng)、短臂兩側(cè)的剛度，使其盡量做到按連桿軸線左右對(duì)稱(chēng)，以符合兩力構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則； 3)適當(dāng)減小長(zhǎng)臂背的厚度，增加短臂結(jié)合面的寬度，以增加該結(jié)合面的抗彎模數(shù)； 4)連桿螺釘適當(dāng)外移，以充分利用螺釘預(yù)緊力來(lái)增強(qiáng)該結(jié)合面的抗彎能力； 5)增加連桿螺釘?shù)念A(yù)緊力，克服或盡量減少大端短臂外側(cè)齒面在運(yùn)用中的微動(dòng)摩擦，防止產(chǎn)生微動(dòng)磨損和微細(xì)裂紋； 6)長(zhǎng)臂側(cè)螺紋孔改為通孔，有利于加工工藝； 7)連桿的質(zhì)量比原G型連桿約輕3kg，使慣性力下降，對(duì)連桿大端和柴油機(jī)的其它運(yùn)動(dòng)件有利。 另外，G型連桿在運(yùn)用中，還存在著螺釘頭肩面擦傷的問(wèn)題。新連桿方案對(duì)此也作了如下改進(jìn)：加高了連桿螺釘頭部的圓臺(tái)高度，以減小螺釘頭部支承臺(tái)面在擰緊時(shí)的變形；根據(jù)現(xiàn)在螺釘頭圓根滾壓實(shí)際效果不大，以及圓根不滾壓螺釘?shù)钠谠囼?yàn)結(jié)果，取消了螺釘頭圓根部的滾壓，以消除因滾壓在支承臺(tái)面出現(xiàn)的變形。 (3)新老方案的比較 1)齒面接觸點(diǎn)對(duì)的滑移狀況比較 表3列出了連桿新方案和原G型連桿短臂側(cè)齒面的平均滑移比，可見(jiàn)新方案大端短臂側(cè)齒面滑移狀況有較大幅度的改善：拉伸工況下，最外側(cè)齒面的滑移比值僅為G型連桿的60%，第二齒面(最外側(cè)齒的內(nèi)齒面)為36%，第三齒面(外側(cè)第二齒的外齒面)為89%；壓縮工況下，最外側(cè)齒面的滑移比值雖比原G型連桿大，但滑移比值的數(shù)值較小，第二齒面為62%，第三齒面為28%； 2)大端孔變形狀況的比較 表4列出了連桿新方案和原G型連桿在拉伸和壓縮工況下大端孔的變形量。從變形量來(lái)看：在拉伸工況下，新方案的縱向和橫向變形與G型連桿基本相同，在壓縮工況下，新方案大端孔的縱向收縮雖比原G型連桿略有增大(0.014mm)，但仍在可以接受的范圍內(nèi)。 從有限元計(jì)算的節(jié)點(diǎn)位移來(lái)看，新方案大端孔的變形比原G型連桿有明顯改善，基本沿著連桿軸線方向，說(shuō)明長(zhǎng)短臂兩側(cè)剛度接近對(duì)稱(chēng)，符合兩力構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則，對(duì)減小短臂側(cè)結(jié)合面齒部滑移是有利的。 3)大端關(guān)鍵部位應(yīng)力安全系數(shù)的比較 表5和表6分別列出了連桿新方案和原G型連桿大端短臂側(cè)齒部及其它部位的安全系數(shù)，齒部節(jié)點(diǎn)號(hào)見(jiàn)圖3。從齒部和大端其它部位的應(yīng)力安全系數(shù)來(lái)看：新方案連桿和原G型連桿的最小安全系數(shù)均大于許用最小安全系數(shù)1.5；而按里卡多公司建議的改進(jìn)方案(完全剃除G型連桿的連桿蓋短臂最外側(cè)的齒)，在節(jié)點(diǎn)1144處的安全系數(shù)只有1.25，小于許用最小安全系數(shù)1.5，其原因就在于短臂結(jié)合面承受彎矩的能力非但沒(méi)有得到提高，反而有所下降所致。 圖3 連桿大端齒部節(jié)點(diǎn)位置及編號(hào) 4)連桿新方案的試驗(yàn) 連桿新方案確定后，很快試制出了20根樣品。其中一根在西安交通大學(xué)的疲勞試驗(yàn)機(jī)上，按E型機(jī)110%標(biāo)定負(fù)荷，進(jìn)行了1.05×107次循環(huán)疲勞試驗(yàn)(詳見(jiàn)《新方案G型連桿的耐久疲勞試驗(yàn)報(bào)告》)。試驗(yàn)結(jié)果表明：連桿新方案短臂側(cè)齒面經(jīng)探傷未發(fā)現(xiàn)有微細(xì)裂紋；與原G型連桿相比，短臂側(cè)齒部的受力情況有所改善，大端其余各部也無(wú)異常狀態(tài)出現(xiàn)。 另外16根樣品新連桿已于1996年12月裝C型機(jī)出廠，正在進(jìn)行線路運(yùn)用考核試驗(yàn)。 3 結(jié)語(yǔ) 連桿在運(yùn)用中的受力狀況比較復(fù)雜，而且，機(jī)車(chē)柴油機(jī)的運(yùn)用工況變化十分頻繁，在這次攻關(guān)改進(jìn)中，雖然在理論分析和試驗(yàn)探索方面，做了一些工作，對(duì)此連桿新方案的成功也抱有充分信心，但是最終的效果還要看線路運(yùn)用考核的結(jié)果。為此，希望用戶(hù)和我們密切配合，做好連桿新方案的線路運(yùn)用考核工作，為徹底解決240/275柴油機(jī)連桿大端短臂外側(cè)齒面裂紋作出貢獻(xiàn)。
回答者：網(wǎng)友
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