简介：连杆是汽车发动机中传递动力的重要零件。它将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传递给曲轴输出动力。连杆在工作过程中要承受装配载荷(包括轴瓦过盈和螺栓预紧)和交变工作载荷(包括气爆压力和惯性力)的作用，工作条件恶劣。现代汽车向环保节能方向发展，要求发动机连杆在满足强度和刚度的基础上，具有尺寸小、重量轻的特点。本文利用ABAQUS有限元软件对新设计的连杆进行强度和刚度校核。1.连杆的三维有限元模型。连杆的三维几何模型来自CAD软件Pro/E，利用MSC/PATRAN建立有限元模型，利用ABAQUS进行力学计算分析。本次计算包括的零件有：连杆、连杆盖、连杆螺栓、连杆螺母、活塞销、曲轴连杆轴颈和连杆大端轴瓦。网格划分采用计算精度高的六面体单元，划分为24204个节点，17258个单元。图1显示了有限元模型。图1连杆有限元模型实际过程中，由于连杆和连杆盖在大螺栓预紧力的约束下，整个分析过程都是相互接触的，此处对模型进行了简化，在实际建模分析中连杆和连杆盖是一体的，不影响最终结果。同样，螺栓连杆和连杆螺母是一体的。建立双轴模型时，大轴和小轴的半径分别比对应的轴瓦小0.35mm和0.30mm。考虑到在实际工程中，虽然过盈变形后轴瓦半径变小，但仍不足以在轴上产生装配应力，上述模型尺寸可以避免轴与轴瓦之间出现装配应力。2.计算过程ABAQUS软件是当今世界上常用的非线性计算分析软件。本次计算主要涉及的非线性过程主要有螺栓预紧和轴承过盈。ABAQUS在计算分析中采用了step的概念，计算主要根据实际工况分为四个主要步骤。2.1施加螺栓预紧力。首先，定义每个螺栓头和螺母与连杆盖和连杆接触的接触对；通过ABAQUS提供的模拟螺栓预紧的模型(*预紧段)，在每个螺栓中建立预紧面；最后，对每个预紧曲面模型的参考点施加55kn的预紧力约束。2.2轴瓦干涉首先定义轴瓦与连杆(或连杆盖)接触处的接触副；通过*间隙定义尺寸干涉(注：负值表示干涉，正值表示间隙)。2.3~2.4分别施加惯性力(拉力)和爆炸压力载荷。在这两个过程中，力是通过小轴施加到连杆上的，而约束则局限在大轴上。由于轴与轴瓦之间存在间隙，在此过程中会产生自由刚体运动的力矩，导致有限元静力分析时计算不收敛。解决方法是分别在小轴和连杆上引入弹簧约束。只要选取一个小的弹簧刚度系数，既能限制自由刚体运动，又能使最终结果不产生大的误差。3.计算结果及分析3.1连杆的应力和疲劳安全系数。由于连杆工作在交变载荷下，所以用下面的公式计算其疲劳安全系数：图2连杆在装配和拉伸载荷下的应力分布。连杆应力见图2和图3。最小疲劳安全系数如表2所示。图3装配和气体爆炸压力载荷下连杆的应力分布；2.1连杆轴和连杆大端之间的过渡区；2.3连杆轴和螺栓头之间的过渡区；2.3连杆轴和螺母之间的过渡区；2.3
图5装配和气体爆炸压力载荷下连杆轴头和连杆盖结合面的接触压力。从图中可以看出，连杆衬套与连杆头的接触压力大部分区域大于100Mpa。因此，在连杆的工作载荷下，连杆衬套和连杆头不会分离。图6显示了在装配载荷拉伸载荷下连杆衬套和连杆大头的压缩应力分布。图6显示了在装配载荷拉伸载荷下连杆衬套和连杆大头的压缩应力分布。图4。结论42CrMoA设计的连杆满足其设计条件。2)在连杆工作载荷下，连杆轴与连杆盖结合面在所有工作载荷下的法向应力基本大于0Mpa，不会分离。3)连杆大端孔变形在允许范围内。
