连杆疲劳试验
发动机连杆疲劳强度试验及寿命预测方法研究
值 方法 预测 疲劳 寿命 可有 效提 高发 动机 零部 件设 计 的成功率 ＿ ２ ］ 。但 是 ， 受 加工 工艺 和表 面处 理工 艺 等 因素 的影 响 ， 通过 部 件 疲 劳试 验 来 综 合 评 估 连 杆 疲 劳强 度仍 然 是产 品批 量生产 前 最可靠 的验证 手段 。 本 研 究 以某 柴 油 机 连杆 为 研 究对 象 ， 结 合 有 限 元仿 真 、 应力 测试 工作 ， 确定 了该 连杆 部 件疲 劳试 验
目前 ， 连 杆疲 劳 试 验 规 范一 般 执 行行 业 标 准 或 企业 标 准 ， 常见加 载 方 式 主 要 有 恒定 负荷 比法 和 恒
和 杆 身 某 标 志 字处 ， 通 过 残 余 应 力 测 试 发 现 标 志 字 处 的 失 效 与 残 余 应 力 大 小 密切 相 关 。 最后 ， 建 立 了连 杆 疲 劳 寿 命理论预测模型 ， 将 残 余 应 力 作 平 均 应 力 处理 ， 基 于 Ｈａ ｉ ｇ ｈ图 考 虑 平 均 应 力 对 ＳＮ 曲线 的 影 响 ， 预 测 了在 不 同栽 荷
系数 和 残 余 应 力 作 用 下 连 杆 标 志 字 处 的疲 劳 寿命 和 安 全 系数 。该 模 型 预 测 结 果 与试 验 值 基 本 相 符 ， 可 用 于后 续 连
杆疲劳寿命预测工作 。 ห้องสมุดไป่ตู้关键词 ： 连杆 ； 有限元分析 ； 疲 劳试验 ； 残余应力 ； 疲 劳 寿 命
ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ０ ９
试验加 载 时保持 负 荷 比不 变 ， 用 名 义负 荷 中的 最 大
连杆疲劳试验小头孔过盈装配受力分析及对试验的影响
前 言
连杆 开 发和生 产 过程 中 ，需 对连 杆 进行 疲劳
析和 计算 ，通 过分 析计算 结果 与应 变测 量结 果对 比验 证 ，结合 实 际疲劳试 验得 到 的样 品试 验数据 和失 效状 态 ，研究试 验 中过盈 配合 对 连杆 相关部
ｎ： 孑 Ｌ 壁周向拉力
图 ３ 过盈配合， 在拉 力 载 荷 作 用下 ， 孔 壁 不 失 圆的 状 态
１ ． ３ ． １ 过盈 ８时， 孔壁 产生 的周 向变 形 Ｌ ． 和
应变 ｓ 计 算
ｆ， ｏ
１ ． ２ 受力分 析
厶 窭
百 ＋ ＋ ；
（ １ ）
、
ｓ
式中
位疲 劳载 荷变 化 的影响 ，从 而帮 助疲 劳试 验人 员
性能 检测 ， 校核其 是 否符合设 计要 求 。 连杆疲 劳试 验 主要模 拟 连杆在 发 动机 中工作 时轴 向拉压 受力 状况 ， 在试 验 中连 杆 大小头 被 固定在 试验 设备 上 ， 由试 验设 备 直接施 加 轴 向拉 压 载荷 ，受 载方 式 明
。孺 蜀 匹
ｔ ， ａ
ｌ ，
ｘ ／ ＂
（ 、 ２） ，
Ｉ 一 小 头孔薄壁 部分 的初 始长度 （ ｍｍ）
Ｌ — —小 头孔薄壁 部分 的伸长量（ ｍｍ ）
ｈ — —小头孔 薄壁 部分 的原 始厚度 （ ｍｍ ） ｄ —— 小头 芯棒和小 头孔 的公 称尺 寸（ ｍｍ １
圆周方 向均 匀分布 ， 孑 Ｌ 壁 周 向拉 应力 在 Ｂ 角 度 区 域 内呈 近似均匀 分布 （ 在 Ｂ 角度 区域 内连杆 小头
某柴油机连杆运行全过程疲劳分析
某柴油机连杆运行全过程疲劳分析
孙久洋;张洋洋;王厚权;高坤;陈海瑞;宫继儒
【期刊名称】《内燃机与动力装置》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】为解决某柴油发动机捣缸故障,通过连杆受力、疲劳试验及有限元仿真分析确定故障原因。
分析结果表明:连杆大头垂直于杆身方向受力主要由连杆自身惯
性力引起;疲劳试验仅能反映连杆最大拉伸载荷及压缩载荷下的受力情况,不能体现
其他时刻连杆受力情况;连杆定位齿形处疲劳安全因数最小,为1.05,确定连杆定位齿形处产生疲劳断裂,导致发动机出现捣缸故障。
对连杆加工工艺进行改进,将齿形定
位改为胀断定位,解决了定位齿形疲劳安全因数较低的问题,未出现发动机捣缸故障。
【总页数】6页(P85-89)
【作者】孙久洋;张洋洋;王厚权;高坤;陈海瑞;宫继儒
【作者单位】潍柴动力股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK426
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2.某六缸柴油机连杆疲劳强度分析
3.某船用低速柴油机连杆强度和疲劳有限元分析
4.基于多体动力学和有限元法的柴油机连杆疲劳分
析
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摇臂件和连杆疲劳失效分析
内燃机摇臂件的失效（一）零件失效情况内燃机排气门摇臂件采用40CrNiMoA钢，经过模缎、调质处理加工制成。
零件在常温下工作，主要承受弯曲交变载荷。
载规定使用寿命期内该件发生断裂，零件及断裂部位形貌示于图6-26。
匹配断口吻合良好，断口附近无宏观可见的塑性变形。
（二）试验研究1．断口观察断口的宏观形貌示于图6-27，整个断口较为平坦、光滑，而部分地区有磨损现象。
按断口特征可分为三个区域：中间部位较为光滑的平坦区，为裂纹扩展区，放射状棱线集中于靠近表面的小平面，可以认为是裂纹萌生区，与中间平坦区相交的斜断口，属于韧性瞬断区。
将位于摇臂凸棱边上的裂纹源区放大观察，断口呈黑色且粗糙（图6-28）。
裂纹扩展区的大部分表面受到磨损，但在瞬断区与扩展区之间有明显不同的形貌特征。
由以上的现象可以认为，它具有疲劳断裂的断口特征，为进一步分析其失效性质，对断口作微观分析。
切取包括源区在内的断口试样，面积10×15mm，其扫描电镜照片示于图6-29。
它与一般的疲劳源区的断口形貌不同，表面呈层片状，质地松散。
源区和扩展区的x射线能谱成分分析结果表明，两个区的合金元素（主要是Cr，Ni，Mo）含量有很大差异（图6-30）。
2．显微组织的观察通过源区截面切取金相试样。
浸蚀前，表层有灰色物嵌入基体金属（图6-31）；浸蚀后，片状嵌入物两侧呈现出严重氧化脱碳。
由嵌入物向基体内打显微硬度（负荷为1000N），各点的硬度值分别为：1630，1660，1870，2020，2150，2150，2820，2820，3000，3200，3200Mpa （见图6-32）。
表层脱碳部位的硬度值最低（HV=1630Mpa）,而未脱碳的基体硬度最高（HV=3200Mpa）.零件材料为索氏体组织，晶粒度为7～8级，均符合技术条件要求。
3．X射线微区成分分析用电子探针测定了裂纹源区（即片状嵌入物）和扩展区的嵌含量，由表6-3的数据可见，扩展区的含碳量约为源区的5倍，这表明在调质热处理之前，零件表面就已经存在裂纹，而在热处理加热过程中，裂纹两侧在高温下发生氧化脱碳。
基于CATIA和ANSYS的连杆疲劳分析
York: Addison-Wesley Publishing Company, 1998.
43
C H I N A
V E N T U R E
C A P I T A L
科技技术应用|TECHNOLOGY APPLICATION
基于 CATIA 和 ANSYS 的连杆疲劳分析
江苏省镇江市学府路江苏大学 唐 鑫
摘 要：本文中应用ANSYS软件对连杆进行有限元分析以得到应力及其分布图。首先连杆的三维模型由CATIA建立并导入ANSYS。根据 ANSYS处理结果，得到应力分布图。通过有限元分析可以针对应力分布情况对连杆的疲劳失效情况进行分析。针对分析结果，最终达到对连杆结 构进行优化的目的。
4. 分析结果 (1) 连杆应力分布是合理的。应力分布平均且正常，几乎 没有应力集中现象出现。 (2) 工作中的极限应力条件下 , 最大应力区域应力符合材料 的极限应力和屈服强度。 所有危险工作区域均符合强度准则。 根 据 连 杆 材 料 的 各 种 参 数 , 18Cr2Ni4WA 极 限 应 力 为 1175MPa 双侧疲劳强度为 507MPa。所以 , 定义 σa=(σ max-
很明显，连杆出于安全状态。 三、优化设计 燃油的减少使得汽车发动机的燃油经济性越来越受到重 视，连杆作为重要的回转件，它的轻量化设计对减少燃油消 耗有着重要的作用。受限于结构和其它因素设定最大厚度为 20mm 最小厚度为 7mm. 所受应力随厚度变化而变化。 优化目标是在符合应力条件的基础上寻找最佳厚度值，如 图 1 所示。优化后得到两个优化候选点，选取一个插入设计点。 从图中可以看到最佳厚度为 10mm. 根据结果建立模型并对模 型进行网格划分和应力分析，如图 2 所示。
σmin)/2 ,σm=(σmax+σmin)/2. 分别以其为横纵坐标做出图 表。图中 ABC 区域即为安全区域。
大功率柴油机连杆疲劳试验和数值模拟
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传 统 的连杆 疲 劳耐久性 试验 在液 压伺 服疲 劳试 验机 上进 行． 压伺 服 疲 劳 试验 机 采 用 液 压 方式 加 液 载， 对试样 无 冲击影 响 ， 但试 验 的加 载 频率 较 低 ， 一
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ａ ｉｕ ｔｅ ｔ ｔｓｅ ｒ ｎ ｎ ｔ ｏ ｎ ｃ ｉ ｇ ｒ ｄ ｆ ａ ｈ ｇ ｗｅ ｉ ｓ ｌｅ ｇ ｎ ｏ ｔａ ｔ ｅ ｆ ｔｇ ｅ ｓｒｎｇｈ ｅ ｔｓ ａ ｅ ｄｏ ｅ ｏ ｈｅ ｃ ｎ ｅ ｔｎ ｏ ｓ ｏ ｉｈ ｐｏ ｒ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｔ ｏ ｅｖ ｈ ｃ ｏ ｃ ｐｉ ｔｐ ｇ ａ ｈ ｆ ｔ ｅ ｆａ ｔｒ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｂｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｃ ｏ ｏ ｒ ｐ ｙ ｏ ｈ ｒ ｃｕ ｅ ， ｎ ｈ ｍａ ｎ ｎ ｕ ｎ ｉ ａ ｔｒ ｈ ｔ ｅ ｄ ｏ ｔ ｅ ｉ ｉｆ ｅ ｃｎｇ ｆｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｌａ ｔ ｈ ｌ
大 功率 柴 油 机 连 杆疲 劳试 验 和数 值 模 拟
吴 波 ， 胡 定 云 ， 王 旭 兰
（ 中国 北 方发 动 机研 究 所 ， 北 廊 坊 河 ０ ５０ ） ６ ０ ０
摘 要 ：对 某型 大功 率柴 油机 连杆进 行 疲 劳强度 试验 ， 察连杆 断 口的微 观形 貌 ， 观 分析 连 杆 断裂 的主
ｈｉ ｐｏｗｅ ＇ｅ ｅ ｎｇ● ｌ● ｈ － ｇ ｒ ｄｉ ｓ ’ ｅ ｌ ‘ ｌ ｎｅ
Ｗ Ｕ Ｂｏ，ＨＵ ｎ ｙ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ｌ ｎ Ｄｉ ｇ ｕ Ｘｕ ａ
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某型柴油机连杆有限元计算及疲劳强度校核
（ ３ ） 蠕 墨合 金 铸 铁 活 塞 环 成 本 低 、 加工工序短 、 耐磨性好 、 弹性 模 量 高 、 抗 弯 强 度 高有 良好 的发 展
前景 ， 它将 成 为 能满 足活 塞环 技 术 、 环保 、 性能 的新
材料。
作者简介 ： 刘津东（ １ ９ ５ ６ 一 ） ， 男， 高级 工 程 师 ， 石 家 庄 金 刚集 团 副总经理 ， 研究方向 ： 内燃 机 零 部 件 的研 究 开 发 。
设计与制造． ２ ０ １ １ （ ９ ） ： ２ ３ ～ ２ ７ ［ ８ 】 Ｓ ｈ ａ ｂ ａ ｎ ａ Ａ Ａ ． Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｍ ｕ ｈ ｉ ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ（ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
４ 结论
本 文采 用 完 整 的连 杆 组 件 模 型进 行 了 连 杆 有 限元 分析 ， 通 过 与试 验 数据 的对 比证 明 仿真 分 析 的 边 界 条件 及计 算 方 法是 可 行 的 。 最 后 从 疲 劳安 全 角 度对 连 杆进行 了强度校 核 。主要 得 出 以下 结论 ： （ １ ） 连杆 小头 油孔 存在 应力 集 中现象 ， 与预 紧工 况下相 比． 拉 工况 下 油 孔处 应 力 增 加 ． 压 工 况 下 油 孔 处 应力 降 低 ， 但 应力 值 不 高 ， 变 化 幅度 不 大 ， 对 连
【 Ｍ ］ ． Ｃ ａ ｍｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ２ ０ ０ ５ ． ［ ９ ］ Ｈｅ ｙ ｅ ｓ Ｐ ． Ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｓ ｔ ａ ｉ ｃ Ｆ Ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ
连杆疲劳试验
连杆疲劳试验连杆疲劳试验上汽集团奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车工程研究院连杆疲劳试验1.0目的这个试验的目的主要是分析连杆疲劳载荷。
试验是在专门的连杆疲劳试验机上进行，试验机通常是液压设备来模拟运转情况下发动机连杆受到的相关载荷。
这个疲劳试验可以作为部件生产过程的一个主要验证方法。
因此样件应该达到生产的标准。
在发动机开发的早期阶段就应该做原型件的初步试验。
疲劳试验将用来分析：·通过4百万个试验循环后，在连杆和盖之间及在轴瓦\轴套和承载孔间的分界面处磨损状况。
·产生弯曲或屈服疲劳极限载荷。
2.0试验准备试验在一台疲劳试验机上进行。
被试验的连杆完全是在拉压力载荷作用下进行。
试验载荷可以通过一个另设的销来施加，此销代替了原来的曲柄销和轴颈销。
需要5bar的机油来防止轴瓦有擦伤或过多的磨损。
为了防止部件产生过热，需要一个机油冷却喷嘴来保证试验样件的温度维持在45度以下。
，疲劳试验中用的组件或者反应了整个生产范围部件情况或样件代表了最差的零部件。
假如在批量生产后不进行同样的检查，那么一般不推荐在试验前进行质量检查（例如，开裂检查方法）。
2.1样件准备被试验的连杆包括连杆轴承盖、合适的小端轴套、大端轴瓦、固定装置。
装夹销和轴瓦间存在的间隙如下：大头末端轴瓦直径间隙：10~20微米小头末端轴瓦直径间隙：20~30微米小头末端直径间隙（大头试验）：-20~-40微米（没有小头末端轴瓦）连杆大头的试验负荷为一个比较高的张紧力，此张紧力高于正常安装间隙的连杆小头的张紧力，这就减少了在张紧力作用下连杆小头椭圆形破坏的弯曲力，提高了硬度和强度。
这样夹紧销在小头的承载孔里应该是干涉配合（无小头的轴套）。
考虑到轴瓦/轴套和小头的承载孔的干涉公差应该影响疲劳强度，好的方法是根据连杆小头的图纸公差要求，对于选择的部件应该有最大的干涉。
轴瓦盖的螺栓扭矩参数在图00001146AA中。
3.0使用仪器和设备连杆疲劳试验表1：最小的仪器通道4.0试验程序连杆被分成如下区域，每个区域有不同的强度和硬度特性：a）连杆大头（主要是连杆盖和螺栓）b）连杆小头（主要是活塞销水平中心线上半部分）c）连杆颈部（在连杆盖的分离面与活塞销水平中心线之间的区域）这些区域在发动机在运转时承受不同载荷的影响，因此必须进行单独研究。
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连杆疲劳试验
连杆疲劳试验
上汽集团奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车工程研究院
连杆疲劳试验
1.0目的
这个试验的目的主要是分析连杆疲劳载荷。
试验是在专门的连杆疲劳试验机上进行，试验机通常是液压设备来模拟运转情况下发动机连杆受到的相关载荷。
这个疲劳试验可以作为部件生产过程的一个主要验证方法。
因此样件应该达到生产的标准。
在发动机开发的早期阶段就应该做原型件的初步试验。
疲劳试验将用来分析：
·通过4百万个试验循环后，在连杆和盖之间及在轴瓦\轴套和承载孔间的分界面处磨损状况。
·产生弯曲或屈服疲劳极限载荷。
2.0试验准备
试验在一台疲劳试验机上进行。
被试验的连杆完全是在拉压力载荷作用下进行。
试验载荷可以通过一个另设的销来施加，此销代替了原来的曲柄销和轴颈销。
需要5bar的机油来防止轴瓦有擦伤或过多的磨损。
为了防止部件产生过热，需要一个机油冷却喷嘴来保证试验样件的温度维持在45度以下。
，疲劳试验中用的组件或者反应了整个生产范围部件情况或样件代表了最差的零部件。
假如在批量生产后不进行同样的检查，那么一般不推荐在试验前进行质量检查（例如，开裂检查方法）。
2.1样件准备
被试验的连杆包括连杆轴承盖、合适的小端轴套、大端轴瓦、固定装置。
装夹销和轴瓦间存在的间隙如下：
大头末端轴瓦直径间隙：10~20微米
小头末端轴瓦直径间隙：20~30微米
小头末端直径间隙（大头试验）：-20~-40微米（没有小头末端轴瓦）
连杆大头的试验负荷为一个比较高的张紧力，此张紧力高于正常安装间隙的连杆小头的张紧力，这就减少了在张紧力作用下连杆小头椭圆形破坏的弯曲力，提高了硬度和强度。
这样夹紧销在小头的承载孔里应该是干涉配合（无小头的轴套）。
考虑到轴瓦/轴套和小头的承载孔的干涉公差应该影响疲劳强度，好的方法是根据连杆小头的图纸公差要求，对于选择的部件应该有最大的干涉。
轴瓦盖的螺栓扭矩参数在图00001146AA中。
3.0使用仪器和设备
连杆疲劳试验
表1：最小的仪器通道
4.0试验程序
连杆被分成如下区域，每个区域有不同的强度和硬度特性：
a）连杆大头（主要是连杆盖和螺栓）
b）连杆小头（主要是活塞销水平中心线上半部分）
c）连杆颈部（在连杆盖的分离面与活塞销水平中心线之间的区域）
这些区域在发动机在运转时承受不同载荷的影响，因此必须进行单独研究。
整个安全系数是从通过这三个部分最低疲劳强度计算得出的。
从下面的三个阶段进行分析：
4.1 最大引起弯曲压力的定义
当考虑连杆在交变工况工作时超过了正常工作范围时，那么连杆在非常高的静态压力时的完整性是很重要的，通常是测试静态弯曲。
试验在三个连杆上进行，通过增加准静态压缩力方法直到任何一个弯曲为止。
试验方法是增加试验力（持续的或有步骤的）直到整个压应变△l/l（l=曲轴销与活塞销之间的距离）达到2.5%。
这时就达到了界限值，此时试验力开始减少直至到0。
对于每个样件试验结果应该是应变对所施加压力弯曲。
这也就为高载荷试验时提供限定压力的有用信息，这将在样件上实现。
4.2 进一步测试范围确定
在疲劳试验中第二步是评价连杆哪个部分强度最弱。
这样做是应用载荷确定区别个部分目标，给出三个试验例子：
●通过对有正常的轴承间隙的试验件施加拉力载荷来评估连杆小头拉力疲劳强度。
●通过对有正常的轴承间隙连杆大头的试验件和过盈配合小头来施加拉力载荷评估连杆
大头疲劳强度。
●高负荷分析连杆杆身的强度。
标准地，对于每个情况需要3次试验，就意味着大约9个试验。
FE（有限元法）-分析将用于额外临界区域的鉴定。
临界区域是指对FE结果有高可靠性和关于影响产品力存在的相关假定，因此对于连杆的非临界区域可以减少试验数量。
4.3疲劳试验结果整理
第三步是考虑连杆多数的临界区域。
推荐在相关试验载荷下，试验需要10根连杆。
推荐在。