連桿應力測試及疲勞試驗研究

連桿應力測試及疲勞試驗研究

轉(zhuǎn)運動對連桿的影響在車輛的工作過程中，蓮性機構(gòu)的工作是將活的負荷傳遞給軸，將僵硬的旋轉(zhuǎn)過程轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的軸。毫無疑問，通風桿主要承受氣體窒息和死皮之間的小向上運動規(guī)律。這些循環(huán)負荷對關(guān)節(jié)的負荷有顯著的疲勞影響，這是關(guān)節(jié)失敗的主要原因。某型號柴油機連桿進行了局部改進,為了驗證改進結(jié)構(gòu)的效果及可靠性,對其進行應力測量,了解主要部位的應力變化規(guī)律,并為連桿疲勞試驗方法制定及改進提供依據(jù)。1試驗過程1.1試驗條件連桿應力測試條件見表1。1.2連桿常見失效模式分析連桿受力比較復雜,必須保證有足夠的剛度和疲勞強度,如果強度不足,多個部位可能出現(xiàn)失效,圖1為連桿常見失效模式。結(jié)合連桿仿真分析結(jié)果,在連桿大頭、小頭及桿身布置應變片,具體位置如圖2,其中1～4號、13～16號位于連桿小頭與桿身過渡處,5～8號、9～12號位于連桿桿身,17號位于大頭短端連桿螺栓孔根部外側(cè),18號位于大頭蓋下方。1.3連續(xù)軸現(xiàn)狀載荷連桿載荷計算方法見表2。續(xù)表該發(fā)動機額定工況下連桿的載荷見表3,分別對連桿大、小頭進行靜、動態(tài)應力測量,加載時小頭采用原機活塞銷,大頭采用與連桿軸頸尺寸相同的非標銷固定,非標銷的剛度與曲軸剛度盡量一致。1.4測試測試場所連桿應力測試現(xiàn)場見圖3。2試驗結(jié)果2.1連基本桿身應力按照表3的工況對連桿進行加載,試驗結(jié)果見圖4。從圖4可以看出:①承受拉伸載荷時,連桿小頭與桿身過渡處及大頭短端連桿螺栓外側(cè)拉應力較大;②承受壓縮載荷時,連桿桿身的壓應力較大。2.2靜、動態(tài)測試結(jié)果對比根據(jù)靜態(tài)應力測試結(jié)果,分別在連桿大頭、小頭及桿身的測點中挑選了4、5、8、12、13、17、18號測點進行動態(tài)應力測量,連桿大小頭配合方式與靜態(tài)測量時相同,加載波形為正弦波,靜、動態(tài)測試結(jié)果對比見表4。與靜態(tài)加載對比,連桿動態(tài)加載更接近連桿真實工作狀態(tài)。從表4可以看出,連桿小頭與桿身過渡處的4、13號測點及連桿大頭正下方的18號測點的動態(tài)應力比靜態(tài)應力略高,桿身部位的應力值基本與靜態(tài)測試結(jié)果相同。3不同部位的疲勞試驗連桿疲勞試驗在專用疲勞試驗裝置上進行,在疲勞試驗過程中,連桿的裝夾方式盡量模擬連桿實際工作狀態(tài),以保證試驗結(jié)果的可信度,但在實際試驗過程中,考慮到連桿各部位載荷不同及配合間隙對試驗效率的影響,對連桿不同部位的疲勞試驗采用的試驗方法不同,主要區(qū)別在連桿大小頭的配合方式上,目前行業(yè)內(nèi)通用的連桿疲勞試驗方法如下:①針對連桿小頭的疲勞試驗:小頭采用間隙配合,大頭采用過盈配合。②針對連桿大頭的疲勞試驗:大頭采用間隙配合,小頭采用過盈配合。③針對連桿桿身的疲勞試驗:大小頭均采用過盈配合。為了驗證連桿疲勞試驗方法,下面利用應力測量的方法分別對幾種疲勞試驗狀態(tài)下的連桿進行了動態(tài)應力測量,結(jié)果對比見表5。4職業(yè)應力狀態(tài)1)連桿大小頭不同的配合形式及配合尺寸對連桿的應力分布影響很大,應力測試結(jié)果可為連桿可靠性評估及疲勞試驗方法改進提供依據(jù)。2)連桿小頭過盈、大頭間隙配合時,連桿小頭與桿身過渡處應力與實際狀態(tài)差別很大,大頭及桿身測點應力與連桿實際應力狀態(tài)接近,基本能夠模擬連桿大頭及桿身的載荷狀態(tài)進行疲勞試驗,可以通過調(diào)整大頭配合間隙保證大頭關(guān)鍵部位應力與連桿實際應力狀態(tài)更加接近。3)連桿小頭間隙、大頭過盈配合時,連桿小頭及桿身動態(tài)應力與連桿實際應力狀態(tài)結(jié)果差別不大,但大頭附近測點應力差別很大,因此該狀態(tài)可以模擬連桿小頭及桿身載荷狀態(tài)進行疲勞試驗。4)雖然前兩種方法均可較好模擬連桿桿身受力,但連桿大小頭均采用過盈配合時,