基于ANSYS+Workbench的连杆衬套过盈量研究

筒平均半径，r=25.5mm；P 为结合压力，t 为薄壁筒厚
度，t=3mm；E1 为连杆材料的弹性模量，E1=210GPa；E2
为连杆衬套材料的弹性模量，E2=129GPa。
运用上式推导不同过盈量下接触压力的理论值，
并使用软件仿真不同过盈量下接触面的接触压力值，
对两种方法得出的结果进行比较，结果如表 1 所示。
图 4 加载前后连杆衬套等效应力对比
图 2 0.09mm 过盈量接触面应力云图
图 3 0.09mm 过盈量连杆衬套等效应力云图 由图 2 可以看出， 最大接触压力为 97.717MPa，出 现在与轴正方向且与连杆衬套相接触的区域， 与轴承 力的分布特点相符合。 在图 3 中，连杆衬套最大等效应 力为 556.81MPa， 出现在 x 轴正反方向的两个区域，应 力集中的分布情况与材料受压变形有关。 不同过盈量 的分析结果以图表的形式进行显示，见图 4 和图 5。 如图 4 和图 5 所示，施加载荷后，连杆衬套等效应 力、连杆小头等效应力均比施加载荷前大，且过盈量为 0.12mm 时连杆衬套等效应力已达 679.65MPa， 很接近 连杆衬套的屈服极限，而过盈量为 0.13mm 时，连杆衬 套等效应力为 722.76MPa，超过了其屈服极限。因此，装 配过盈量应小于 0.13mm。
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2015 年第 5 期
图 5 加载前后连杆小头等效应力 4 结论 综合考虑连杆小头和连杆衬套的应力情况，在受载 时，装配过盈量不可大于 0.12mm，否则，连杆衬套达屈服 极限 620MPa 时会发生失效。 分析结果显示，施加载荷后 的接触压力比施加载荷前接触压力大，过盈量为 0.06mm 时接触压力为 83.716MPa， 大于传递扭矩所需的最小接 触压力，因此，0.06mm 的装配过盈量是可取的。 因此，装 配过盈量的可取范围为 0.06mm～0.12mm。 参考文献：
最大的[5]，此时，连杆衬套所受的最大机械力的总和为
204.462KN。
3 仿真分析
3.1 模型的建立
本文研究对象为 150 型号的圆筒形连杆衬套，衬
套的外径为 57mm，内径为 51mm，高度为 50mm。 基于
ANSYS WorkbenchБайду номын сангаас建立连杆小头、 连杆衬套和活塞销
三体装配模型如图 1 所示。
（W/m·k）。 连杆衬套所受的机械载荷以轴承力的形式
进行加载。
3.2 只考虑预紧力的仿真分析结果
厚壁圆筒与薄壁圆筒过盈配合时接触压力的计算
公式：
# ! " ! "$ P=
r1
1 E
△
22
r1 +r2
22
+μ1
r2 -r1
+
1 E
r t
+μ2
其中，Δ 为衬套压配时的过盈量；r1 为结合半径，
r1=28.5mm；r2 为组合筒外半径，r2=42mm；r 为组合筒内
作者简介：梁大珍，1989 年出生，硕士，研究方向：发动机振动及 噪声控制。
图 1 连杆衬套仿真模型
连杆衬套所用材料的相关参数如下： 密度为
8.85×10（ 3 kg/m3）、热膨胀系数为 18×10-（ 6 ℃-1）、弹性
模 量 为 1.29 ×1011Pa、 泊 松 比 为 0.3、 热 导 率 为 67
[5]冯垣洁.发动机连杆衬套过盈装配仿真及分析[D].中北大学 硕士论文,2011(5).27.
基于ANSYS Workbench的连杆衬套过盈量研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
梁大珍， 樊文欣 山西中北大学机械与动力工程学院
河北农机 Hebei Farm Machinery 2015(5)
关键词：连杆衬套；ANSYS Workbench；过盈量；仿真分析
基于 ANSYS Workbench 的连杆衬套过盈量研究
山西中北大学机械与动力工程学院 梁大珍 樊文欣
1 引言
随着全球经济的迅猛发展和科学技术的全面进
步， 汽车等代步工具在人类的生产生活中发挥着越来
越重要的作用[1]。 人们对汽车的追求，越来越看重舒适
河北
HEBEINONGJI 农 机
交
流
摘 要：连杆衬套作为发动机零件的一部分，能够有效避免连杆小头与活塞销的直接接触，防止连杆小头出现应 力集中现象。 本文以柴油机某型号连杆衬套为研究对象，针对连杆衬套的受载情况，使用 ANSYS Workbench 对连杆 衬套进行仿真分析。 通过对连杆衬套的装配过盈量进行分析，确定该型号连杆衬套的合适过盈量范围。
性、节能性和动力性等[2]。 要达到这些目标，在汽车零件
的设计生产过程中，必须做到精益求精。
2 连杆衬套受力分析
气缸爆发力的计算公式为[3]：
2
2
Fg=PgS=Pg
πd 4
=﹙P-P′﹚ πd 4
式中，
Fg—气体压力，N； Pg—气缸所受的气体压力，MPa； S—活塞的投影面积，mm2；
d—缸径，mm；
引用本文格式：梁大珍.樊文欣 基于ANSYS Workbench的连杆衬套过盈量研究[期刊论文]-河北农机 2015(5)
P—气缸内压力，MPa；
P′—曲轴箱气体压力，MPa，一般取 P′为 0.1MPa。
作用在连杆衬套上的气体力是气缸爆发压力在连
杆上的分力，在内燃机工作时，连杆衬套还受到曲柄连
杆组惯性力的作用[4]，因此，连杆衬套的受力是两个力
的总和。 本文研究最大机械力对连杆衬套的影响，其
中， 气体力在做工冲程活塞远离上止点 15°的时刻是
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
25.59 29.85 34.12 38.38 42.65 46.91 51.18 55.45
25.49 3.9%
29.72 4.3%
33.97 4.3%
38.24 3.6%
42.53 2.8%
46.83 1.5%
51.16 0.4%
55.50 0.9%
表 1 显示误差在 5%以内，说明模型是可靠的，可
以使用该模型进行连杆衬套的仿真分析。 满足传递足
够扭矩的最小结合压力为 22.847MPa，所以最小过盈
2015 年第 5 期
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交流
过盈量 （mm） 理论值 （MPa） 仿真值 （MPa） 误差（%）
河北
农 机HEBEINONGJI
表 1 理论结合压力与仿真结合压力对比
[1]何源.基于力学特征的汽车操纵舒适性测评系统研究[D]. 2009.
[2]范校尉.柴油机过盈装配连杆衬套孔径收缩量的仿真分析[D]. 2001(5)：25.
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[4]张保成,苏铁熊等.内燃机动力学[M].山西：国防工业出版 社,2009.
0.14 59.71 59.86 2.5%
0.15 63.98 64.23 3.9%
0.16 72.61 73.04 4.9%
量为 0.06mm。 3.3 考虑机械载荷的分析结果 连杆衬套需要承受相当大的机械载荷， 只有满足
在承受机械载荷时的等效应力小于材料的屈服极限， 才能满足使用要求。 在可靠模型上施加一定量的机械 载荷，分析不同过盈量下连杆衬套的等效应力。