增压型柴油机连杆计算1

zhangqiang03656

135缸径×160行程增压型柴油机连杆强度计算
1、前言
本公司生产的135缸径×160行程增压型柴油机连杆均通用，而该系列柴油机中又以NT6135ZLCzR柴油机的强化程度最高，因此选择NT6135ZLCzR为代表机型进行连杆强度计算。
本系列所覆盖柴油机的型号及主要强化指标如下：

序 号	型号	额定功率/转速 (kW/r/min)	缸径×行程 (mm×mm)	活塞平均速度Cm (m/s)	平均有效压力Pe (kPa)	Cm×Pe (kPa ·m/s)
1	NT6135ZCzR	176/1500	135×160	8	1025	8200
2	NT6135ZCzR7	147/1350		7.2	951	6847
3	J6135ZCzR	110/1000		5.33	961	5122
4	NT6135ZLCzR	192/1500		8	1240	9920
5	NT6135ZLCzR7	173/1350		7.2	1118	8050
6	J6135ZLCzR	132/1100		5.87	1048	6152

2、计算方法
采用普通计算方法，对连杆小头、杆身、连杆大头作应力及疲劳强度安全系数的校核。
3、计算
3.1连杆小头计算
3.1.1已知数据

序 号	名   称	单 位	参数值	序 号	名   称	单 位	参数值
1	连杆小头衬套内径d	mm	Φ52	10	尺寸工艺系数εσ″		0.6（选取）
2	连杆小头内径d1	mm	Φ58	11	泊桑比μ		0.3
3	连杆小头外径d2	mm	Φ74	12	活塞组质量G′	kg	4.593
4	连杆材料弹性模量E	MPa	21575	13	角速度ω	Rad/s	157
5	连杆衬套弹性模量E′	MPa	11278	14	小头宽度b1	mm	42
6	连杆工作时温升Δt	K	130（选取）	15	衬套宽度b(取b=b1)	mm	42
7	连杆材料线膨胀系数α	1/K	1.0×10-5	16	最高爆压	MPa	11.6
8	连杆衬套线膨胀系数α′	1/K	1.8×10-5	17	连杆材料抗拉强度σb	MPa	1080
9	尺寸系数εσ		1（选取）	18	曲柄半径与连杆长度比λ		0.2857

3.1.2计算简图
     见图1、图2。


3.1.3计算结果

序号	名称	单位	公式	结果
1	衬套最大装配 过盈量Δ	mm	由图样查得	0.136
2	衬套温度过盈量Δt	mm	Δt = （α-α′）Δtd1	0.0603
3	由总过盈量产生的径向均部压力p	MPa	Δ+Δt P= ——————————————— d22 +d12 d12 +d2 ————+μ    ————-μ d22 -d12 d12 -d2 d｛ —————— + —————｝ E E′	37.88
4	小头外表面由p引起的应力σa′	MPa	2 d12 σa′= ————————p d22 -d12	60.335
5	活塞组的最大惯性力 Pjmax′	N	G′ Pjmax′= ——ω2R（ 1+λ） g	1187.5
6	固定角ψc	°	由图样查得	120
7	小头平均半径r	mm	d2 +d1 r = ———— 4	33
8	小头中心截面上的弯矩M0（ψ=0°）	N·m	M0 = Pjmax′r（0.00033ψc -0.0297）	0.39

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9	小头中心截面上的法向力N0（ψ=0°）	N	N0 = Pjmax′（0.572-0.0008ψc）	565.25
10	小头固定截面上的弯矩M2（ψ=ψc）	N·m	M2 = M0 + N0 r（1-cosψc）- 0.5 Pjmax′r(sinψc- cosψc)	2.19
11	小头固定截面上的法向力N2（ψ=0°）	N	N2 =N0cosψc+0.5 Pjmax′(sinψc- cosψc)	510.23
12	小头壁厚h	mm	d2 -d1 h = ——— 2	8
13	小头截面积F	mm2	F =( d2 –d1 ) b1	672
14	衬套截面积F′	mm2	F′ =( d1 –d ) b	252
15	系数K		E F K = ————— EF+ E′F′	0.8361
16	小头受拉时固定截面处外表面应力σaj	MPa	6 r + h 1 σaj = [2 M2——— + K N2]×—— h (2r + h) b1h	5.67
17	小头承受的最大压缩力Pc	N	πd2 Pc = Pz ——— + Pjmax′ 4	167144
18	M0 N0 辅助参数——及—— Pcr Pc		查图： 《内燃机设计手册》图8-36	N0 ——— = 0.003 Pc M0    ——— = - 0.0012 Pcr
19	小头受压时中央截面上的弯矩M0和法向力N0	N·m N	M0 = -0.0012 Pc r N0 = 0.003Pc	M0= -6.62 N0 =501.43
20	小头固定截面的 f（ψ）值（ψ=ψc）		查表：《内燃机设计手册》表8-14	0.013
21	小头受压时固定截面上的弯矩M0和法向力N0	N·m N	M2 =M0 + N0r (1- cosψc)- Pc r f（ψc） N2 =Pc f（ψc）+ N0 cosψc	M2= -40.26 N2=1992.16
22	小头受压时固定截面处外表面应力σac	MPa	6 r + h 1 σac = [2 M2 ——— + K N2]× —— h (2r + h) b1h	-4.32
23	材料机械性能 σ-1 σ-1z σ0	MPa	σ-1= (0.45~0.55) σb σ-1z = (0.7~0.9) σ-1 σ0= (1.4~1.6) σ-1	σ-1=486 σ-1z = 340 σ0 = 476
24	角系数ψσ		2σ-1-σ0 ψσ= ———————— σ0	0.33
25	在固定角ψc截面外表面处：应力幅σa 平均应力σm	MPa	1 σa= — （σaj –σac） 2 1 σm= — （σaj +σac+2σa′） 2	σa = 4.45 σm =31.62
26	小头安全系数n		2σ-1z n= ———————— σa ———+ψσσm εσ″	15.21
27	小头截面惯性矩J	m4	B1 h3 J = ——— 12	0.1792×10-4
28	小头横向直径 减少量δ1	mm	Pjmax′dm3 (ψc-90°)2 δ1 = ————————— 106EJ	0.000013528

3.2连杆杆身计算
3.2.1计算简图
     见图3。

3.2.2计算结果

序号	名称	单位	公式	结果
1	杆身中间截面处最大拉伸力Pj 及最大压缩力PC	N	G+G′ Pj = —————ω2R(1+λ) g πD2 PC = PZ———+ Pj 4	Pj =1793.27 PC =167750.12
2	由Pj引起的拉伸应力σj	MPa	Pj σj = —— (连杆中间杆身截面积由绘图 F 求得为588mm2)	3.05
3	杆身中间截面的惯性矩Jx、Jy	m4	1 Jx = ——[ BH3-（B-t）h3] 12 1 Jy = ——[（H-h）B3 + ht3 ] 12	Jx =17.56×10-8 Jy =2.67×10-8
4	由Pc引起的合成应力σ1和σ2	MPa	Pc l2 σ1 = —— +C—— Pc F Jx Pc l′2 σ2 = —— +C —— Pc F 4 Jy	σ1 =244.2 σ2 =336.8
5	杆身中间截面在摆动平面内的应力幅σax和平均应力σmx	MPa	σ1-σj σax = ———— 2 σ1+σj σmx= ———— 2	σax =132.059 σmx=134.119
6	在垂直于摆动平面内的应力幅σay和平均应力σmy	MPa	σ2-σj σay = ———— 2 σ2+σj σmy= ———— 2	σay =168.054 σmy=170.114
7	杆身中间截面在摆动平面的安全系数nx		σ-1Z nx= ————————        σax —— +ψσσmx εσ″	1.35
8	杆身中间截面在垂直于摆动平面的安全系数ny		σ-1Z nx= ————————        σay —— +ψσσmy εσ″	1.29

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3.3连杆大头计算
    连杆大头简化如下：盖与大头作为整体，外载压力为余弦分布，轴瓦与连杆大头变形一致，大头为等截面，计算简图见图4。
计算结果：

序号	名称	单位	公式	结果
1	连杆盖所手惯性力Pjmax″	N	G+G′ G2-G3 Pjmax″ = [———(1+λ) + ———]ω2R g g	2501.82
2	连杆盖截面的重心坐标yc		ΣFiyi yc= ————        ΣF	0.0325
3	连杆盖截面惯性矩J	m4	J =ΣJi + ΣFir2	2.2245×10-5
4	连杆盖计算截面的抗弯断面模数Z	m3	J Z= ————        ymax	6.8445×10-4
5	轴瓦计算截面的惯性矩J′	m4	bδ′3 J′= ———— 12	8.46×10-11
6	连杆盖中央截面上的应力σ	MPa	0.023 0.4 σ= Pjmax″[————— + ———] J′ F+F′ Z（1+ ——） J	0.342
7	大头横向直径减少值δ1	mm	0.0024 Pjmax″l3 δ1= ———————— E（J+ J′）	0.00211

4、参考资料
西安交通大学：《内燃机原理》
天津大学：《内燃机设计》
武汉理工大学：《船舶柴油机课程设计指导书》

jch_ma

安全系数是符合设计要求了

zhoufanghanlu

这个计算的安全系数不对,而且你选择的连杆质心不知道你是咋得出的.一般安全系数是根据材料的性质给的,你这连杆是涨断的还是其他的方式.都没有告诉.我看看一般推荐的安全系数为1.6-1.8  但我接触国外的一个连杆计算只有1.3,而且还是小头的  你的压缩比好象也没计算,这个在做试验加载很重要