柴油机连杆螺栓受载动态特性的计算分析

柴油机连杆螺栓受载动态特性的计算 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 托一1I,73 第11卷第4期石家庄铁道学院v.1.11N0-4 1998年12月JOURNALOFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTEDec.1998 柴油机连杆螺栓受载动态特性的计算分析 ,, 型壁堡重量朱信群j, (石家庄铁道学院机械工程系石家庄050043) 【摘要】对16V24OZJ型柴油机的活塞连杆机构进行j运动学,动力学分析,建立 了连杆大头等效矩形截面模型,利用大曲率梁的超静定理论求解了连杆螺栓的受力, 并将计算结果--5台架试的问题影响极小,故不考虑该力;,F及Mg分别表示连杆在杆 体轴线方向,轴线垂向的惯性力分量及惯性力矩;F,F分别表示曲柄销对连杆大头的作用力 在杆体轴线及其垂向的分量.图4所示的力系是平面一般力系,力系中除?,F,F外其它各 力可利用前述的运动学分析及达朗伯尔原理和示功图求得,解-’FN-- 般力系得F;--?F .一g],,一,Nsin卢一(P+F)cos卢,N一:(F+P)sin卢&一MgF(一d)], 于是有 r…——’ ‘ 一 ,/(F)+(F).;tg6一(6) .18.石家庄铁道学院第11卷 2连杆大头部位模型简化及受力分析 连杆大头部位的真实形状很复杂,为便于计算作合理简化.由于大头部位受力后产生变形 的主要根源是弯曲,而弯曲变形的大小取决于截面转角,截面转角除与截面弯矩有关外仅决定 于截面惯性矩,故利用惯性矩等值的原则对大头部位截面形状进行简化,即:使简化后得到的 矩形截面对中性轴的惯性矩等于真实截面对中性轴的惯性矩.按上原则简化截面将得到一 个矩形变截面曲粱,选取大头部位的薄弱环节——惯性矩最小的截面,将大头部位简化为具有 该截面惯性矩的矩形截面曲粱.连杆大头部位与杆相连接的截面随着向杆身靠近明显增加,在 工作时该截面的变形(转角)比其它截面的要小的多,所可在靠近杆身的位置选取两个截面 I—I,I一1认为不变形,一般应使该截面的惯性矩是其它截面的惯性矩4倍以上,于是 大头部位简化为两端固定的矩形截面大曲率粱,见图1,图5(a). 图5连杆大头部位简化殛受力分析 1GV240ZJ型柴油机连杆大头切口连线与杆身夹角为43将简化后的大头在运动中受到 的惯性力分成三部分(I,?,I)分别用F,F,F.表示,它们与杆身轴线的夹角分别为, ,F是曲柄销对大头的作用力,它与杆身轴线的夹角是, 第4期刘献转等:柴油机连杆螺栓受载动态特性的计算分析?19? 3超静定问题求解及切口处内力计算 将简化后连杆大头模型的一个固定端的约束解除,便得到静定基,见图5(b)z,zz,s分 别表示该端的约束轴力,剪力和弯矩.则静定基关于力与变形关系的正则方程如下 .1+2l,2+3++.+l,FD+,F—,FH一01 .【+占2.+3.3+.F+占2,FD+,FA+,FH=0}(7) ?岛.+以.+.+如,F+如,F.+以,F+如,F”=0J 式中.和.分别表示沿:方向作用单位力及由于F作用使A端在轴向(z. 方向)产生的 位移,其它符号含义类似.要从以上正则方程求懈,,z,首先应求出.,一(,一1,2,3)及 ,,F.,.,Fw,.,F0—1,2,3)等量.大头部位简化后的矩形截面梁是大曲率梁(告? ?),故应按大曲率梁的理论计算以上参数.剪力对变形影响很小,通常都忽略,因此计算公 式为 ,一 』[畿一+警? ,?m(一1,2,3),这些力和力矩是n角的函数 曲柄销对连杆大头的作用力是分布力,以上讨论的是分布力的合力,见图50).分布 力按正弦规律分布], F=一却)(9) 式中n为受分布力作用的任一位置与?一?截面所夹的圆心角;n为分布力区域的一个边 缘与??截面所夹的圆心角. 利用式(6),(9)可计算出任一瞬时分布力的分布情况,可推导出该瞬时的?,,M的表 达式(是n角的函数).需要注意的是,n的某些部位,如以=,它对应的分布力有一部分作用 在缺口处,对超静定问题的计算没有作用,此时只需考虑其它部分. 上述分析中,假定连杆大头是一个整体,没有考虑切口现在切口处切开,内力暴露出来, 见图5(d).用,t表示C切口处的轴力,剪力和弯矩.轴力0是由各力分别在C处产 生的轴力之和,同理可得剪力和弯矩 E切口处的内力也用同样方法求出 4连杆螺栓受力分析 在以上的分析模型中,假定大头部位是一个整体,没有考虑连杆螺栓的作用.在第四部分 . 20.石家庄铁道学院第11卷 中分析了切口截面上的内力,但不是螺栓全部承受这些内力,首先,由于大头盖采用锯齿定位, 使得锯齿承受绝大部分截面剪力;其次,由于连杆螺栓布置在切口中性轴附近,且截面积很小, 所螺栓承受很小部分弯矩.故仅对连杆螺栓承受的轴向力进行讨论 根据连杆螺栓的受载理论得知每根螺栓承受的轴向动载荷为 1 P=去P(1.) 式中P为每根螺栓承受的轴向动载荷,每个切口处有两根;z为基本 载荷系数,z一,k 是连杆螺栓抗拉刚度,k是连杆大头抗压刚度;P:为切口截面轴向动载荷,即前述中计算的轴 向力矗1 5连杆螺栓动载计算分析及试验测试 针对16V240ZJ型柴油机功率2022kW0,转速1000r/miu的工况对连杆螺栓进行了动载 计算.根据前述的理论进行计算,得出连杆螺栓承受的轴向动载荷,如图6的a曲线及图7的a 曲线所示,横轴为曲轴转角,0.,720.,1440.对应吸气上止点,纵轴为螺栓承受的轴向动载荷. 圉6C切口连杆螺栓的轴向载荷 a——计算曲线b——测试曲线 从图中可以看出:在绝大部分工作过程中,螺栓承受动拉力,而当曲轴转过360.左右时 (爆发上止点附近)动载很小或出现动压力.最大动拉力发生在吸气上止点附近,这是由于机构 的往复惯性力作用的结果,在吸气上止点往复惯性力具有最大值而气缸内的气体压力较小.在 爆发上止点附近,气缸内气压可达12MPa,作用在活塞顶部的推力可达540kN,该推力远大于 往复惯性力且与往复惯性力反向,所以该推力克服往复惯性力后仍 有较大剩余,但螺栓动载荷 对该推力不敏感,而此位置时其他惯性力,力矩数值叉较小,对螺栓动载荷影响不大,因此在爆 发上止点动载荷很小(出现很小的动拉力和动压力),图6的a曲线在80.,90.之间有一波谷 (动拉力接近零),这是因为此时活塞组往复惯性力等于零而其它力对螺栓动载荷影响又较小 的原因.另外,最大动拉力没有正好发生在吸气上止点,是由于连杆旋转惯性力及气缸内气 体对活塞推力综合影响的结果 第4期刘献栋等:柴油机连杆螺栓受载动态特性的计算分析?21? 圉7E切口连杆螺栓的轴向载荷 a——计算曲线b——测试曲线 为验证本文方法的正确性,使用日本生产的MRT系列遥测应变仪在大连内燃机车研究 所16V240ZJ台架实验机上进行了动态测试,测试曲线为图6的b曲线,图7的b曲线.显然C 切口连杆螺拴受轴向动载的计算,测试曲线吻合较好.而E切口处螺栓的计算值与测试值有 些差别,但趋势一致.出现差别的主要原因是E切口的连杆螺栓在装配时有一段伸入了连杆 杆身,在工作过程中连杆杆身发生变形,该变形对E切口螺拴的轴向动载荷有较明显的影响, 而本文的模型没有考虑杆身的变形.因此研究E切口螺栓的准确受力时应修改模型,这是作 者即将进行的工作.若连杆大头是平切口,则不存在这种问题,只需将切口连线与杆身轴线的 夹角改为90.,与之有关的参数作些修改,便可得到计算,测试相吻合的结果. 经过以上的分析讨论得知,本文所提方法是可行的,可为连杆机构测试,设计提供指导和 参考,同时为进一步研究连杆螺栓松驰机理打下基础. 参考文献 李惠珍.方华.内燃机连扦应力分析及可靠性优化设计.内燃机,1995,13(3):3O6,312 刘寒冰.陈塑寰连杆的形状灵敏度分析和形状修改.内燃机1995.13(2):H8,154 张力,沈捷.YC6108Q柴油机连杆结拘强度的分析和测试.内燃机工程,1997,18(3):59~64 王会鹤,贝刚.连抒螺栓松动实验研究.汽车技术,1992,(1)23~28 H梅梯格着,高宗奠等译.高速内燃机设计.北京:机械工业出版社,1985.9s,117 谈荣望主编内燃机结构设计.北京:中国铁道出版桂,1985:77,87 (下转第78页) 78?石隶庄铁道学院第11卷 ForecastingStudyonSeismicDisaster ofBeijing—ShanghaiHighSpeedRailway(n0rthsection) LiXiangguoYueQudeCaoMingxing. (DepartmentofCommunicationEngineering”,DepartmentofArchitecturalEngineering: ShijiazhuangRailwayInstitute,Shijiazhuang050043) [Abstract1Fheseismicstructure,seismicactivityandothefimpoftantDroblemsofthe areasthattheBeijing—Shanghaihighspeedrailwaylinewillbelaidthroughareinvestigated inthispaper,andtheseismiczoning,earthquakedisasteretc.areanalysed.Thestudypro— ridesscientificbasisforanti—seismicdesignandfortifyingofthestructuresofBeijing—Shang halhighspeedrailway. [Keywordslhighspeedrailwayearthquakedisasterseismichazardanalysis (上接第21页) TheCalculationandAnalysisofDynamicCharacteristicof theDieselConnectingRodScrewBolt LiuxiandongDuYanliangZhuxinqun (ShijiazhuangRailwayInstitute,DepartmentMechanicalEngineeringofShijiazhuang050043) [Abstract】 Thekinematicanddynamicanalysisofthe16V240ZJdiesel’spistonrod mechanismisdone,andtheequivalentrectanglesectionmodeloftherod’sbig endisfound— ed,andtheforcestandedbytheconnectingrodscrewsissolvedthroughusingstaticallyinde terminatetheoryaboutbigcurvaturebeam.Thecomparisonandanalysisaboutthecalculat [ngresultsandtestingresultsisalsoperformed,andtheanalysisappearsthattheyareeoincl dent. [Keyw0rds】 c.nnectmgrodscrewboltbigcurvaturebeamdynamiccharacteristic