配合間隙對連桿疲勞強度的影響

侯曄星 張麗強 張自明 王昊

（中國北方發動機研究所天津300400）

配合間隙對連桿疲勞強度的影響

侯曄星 張麗強 張自明 王昊

（中國北方發動機研究所天津300400）

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

連桿配合間隙應力測量應變計

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，設計時應考慮強度、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。

在實際生產過程中配合間隙一般控制在一個范圍內，而配合間隙的不同會對小頭關鍵部位的應力有影響[2,3]。本文針對某柴油機連桿結構樣件，通過試驗測試方法，研究了活塞銷與小頭底孔不同配合間隙對關鍵部位應力的影響程度，對連桿疲勞試驗方法改進及連桿小頭強度評估提供參考。

1 試驗方案

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

試驗條件見表1。

圖1 連桿小頭布片方案

表1 試驗設備

本次試驗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。試驗現場見圖2。

圖2 連桿應力測試現場

2 試驗結果

拉、壓載荷工況下應力結果見表3、4。

表3 240kN壓載結果MPa

表4 45kN拉載結果MPa

不同配合間隙應力對比見圖3。

根據試驗數據可以得出：

1）連桿兩側對稱位置應力變化規律基本一致，應力存在差異是由于貼片位置、加載裝置對中、零件結構偏差造成的。

2）施加壓縮載荷時，各測點應力與載荷均呈線性關系。

3）施加拉伸載荷時，小頭中分線外側的2、9號測點應力與載荷呈非線性關系，其應力變化規律曲線與間隙值的大小有關。連桿其它測點應力與載荷基本呈線性關系。

圖3 不同配合間隙應力對比

4）在一定范圍內，不同的配合間隙與應力值近似為線性關系，在該范圍內可插值得到不同配合間隙下的應力。

該連桿小頭設計配合間隙為0.05 mm~0.08 mm，通過插值得到兩種極限間隙下的應力結果，見表5。

兩種極限間隙下，最大拉載時關鍵部位應力相差為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間隙狀態相比，小頭過渡圓角布片位置處的疲勞安全系數降低了10.91%~19.48%。

表5 最大拉、壓載荷下兩種極限間隙下的應力

3 結論

1）從測試數據得到：活塞銷與小頭底孔配合間隙增大對小頭過渡圓角處應力影響很明顯，會造成拉應力增加，壓應力減小，導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盡量小。

2）建議在連桿小頭疲勞試驗時記錄每個試驗件的配合間隙，結合配合間隙對疲勞試驗結果進行分析。

1袁兆成.內燃機設計[M].北京：機械工業出版社，2008

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

3李舜酩.機械疲勞與可靠性設計[M].北京：科學出版社，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，主要研究方向為發動機零部件測試技術。