连杆分析报告

连杆分析报告

连杆是连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动的机构。由连杆体、连杆大头盖、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓（或螺钉）等组成。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。

1.工作情况

连杆受力状况：

在最大惯性力引起的拉伸力工况：连杆大、小头孔内作用的拉伸载荷PY = 187.66 KN；连杆长螺钉预紧PC =182.92 KN；连杆短螺钉预紧力Pd = 178.59 KN；来自轴瓦的过盈配合力。

连杆材料属性：

2.根据图纸建模

3.导入ANSYS有限元

将模型导入ANSYS中，如下

4.创建轴瓦和曲柄销活塞销

在孔中创建轴瓦和曲柄销活塞销，如图。（假设过盈量为0.001m）

5.划分网格

对该模型进行网格划分。由于结构复杂，采用四面体单元。同时由于结构大小存在差异，网格的大小也不相同，以保证网格数量少。划分网格后如下：

6.创建接触单元

把接触的面创建接触单元，对于所有存在螺栓的区域，均使用绑定约束。由于轴瓦和曲柄销之间存在油膜，将其摩擦系数设为0.1，其余皆为0.3。接触单元如下：

7.约束和加载

对于连杆螺栓要施加预紧力。约束曲轴销的两个面。并在活塞销上施加力。在曲柄销上施加约束，在活塞销上施加力。力的加载是一个比较复杂的问题，但在实际情况中，活塞销往往不易变形。因此耦合其对应节点的所有自由度，如下：

并在编号最小的节点施加载荷。最终模型如下：

8.求解

结果收敛。

9.应力分析

查看整体的等效应力如下：

最大应力为364MPa. 螺杆受力如下：

经计算，当预紧力为给定值时，其压强与螺杆内部相符合。但对于外部，由于受力形式比较复杂，因而应力较大。

对于第一方向的主应力如下：

由于网格比较少，其应力分布也具有离散性。螺栓应力如下：

最大应力在螺帽上，因为此处存在应力集中：

曲轴销上应力如下：

由于耦合了节点自由度，其应力比较均匀。但由于网格划分等原因，依然存在个别应力比较大的单元。

活塞销应力如下：

活塞销上应力也较小。但由于没有耦合自由度（也接近真实情况），侧面存在应力比较大的单元如下：

曲轴销轴瓦应力：

从数值上可以判断，模型中的最大应力在曲轴销轴瓦上。其外侧：

内侧：

可见最大应力在曲轴销轴瓦内侧。活塞销轴瓦应力：

连杆下盖应力：

内部应力：

可知最大应力在孔边。上盖：

主体：