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曲柄销与 连杆大头的结构设计方法

阅读：1023发布：2020-05-12

专利汇可以提供曲柄销与连杆大头的结构设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供的一种曲柄销与连杆大头的结构设计方法，包括：选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两个参数值；将不同所述结构参数的不同参数值进行组合，计算每个所述组合的粗糙接触应力 σ以及疲劳安全系数S；选取S>1.1时σ最小的计算组合。在上述技术方案中，通过调节连杆大头的局部支撑刚度来实现曲柄销 -连杆大头的变形匹配。其中，变形是否协调通过轴瓦表面的粗糙接触应力大小来评价，以此来解决轴瓦边缘的疲劳问题。该曲柄销与连杆大头的结构设计方法相比于提升轴瓦材料来说，不仅能够从根本解决问题，而且还大大降低了成本。，下面是曲柄销与连杆大头的结构设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种曲柄销与连杆大头的结构设计方法，其特征在于，包括：
选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两个参数值；
将不同所述结构参数的不同参数值进行组合，计算每个所述组合的粗糙接触应力σ以及疲劳安全系数S；选取S>1.1时σ最小的计算组合。
2.根据权利要求1所述的结构设计方法，其特征在于，不同所述结构参数的不同参数值根据正交组合方法进行组合。
3.根据权利要求1所述的结构设计方法，其特征在于，限定出每个所述结构参数中参数值的上限值和下限值，在所述上限值和所述下限值之间选取每个所述参数值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的结构设计方法，其特征在于，利用连杆有限元计算方法计算所述疲劳安全系数。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的结构设计方法，其特征在于，利用EHD计算方法计算所述粗糙接触应力σ。
6.根据权利要求5所述的结构设计方法，其特征在于，利用曲拐模型来计算所述粗糙接触应力σ。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的结构设计方法，其特征在于，所述结构参数包括支撑圆角、杆身宽度和过渡圆角中的任意一项或组合。
8.根据权利要求2所述的结构设计方法，其特征在于，首先选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两个参数值；
然后将不同所述结构参数的不同参数值根据正交组合方法进行组合，利用连杆有限元计算方法计算每个所述组合的粗糙接触应力σ，利用EHD计算方法计算每个所述组合的疲劳安全系数S；
最后选取S>1.1的组合，并在选取的组合中将σ最小的组合确定为最终组合。

说明书全文

曲柄销与 连杆大头的结构设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种曲柄销与连杆大头的结构设计方法。

背景技术

[0002] 由于柴油机爆发压力的升高，从而导致连杆上瓦边缘载荷越来越高，使连杆上瓦边缘在使用过程中磨损严重。连杆上瓦边缘的疲劳问题日趋严重，已经成为了行业难题。

[0003] 现有技术中，通常是采用提升轴瓦材料的方式提高连杆上瓦边缘的疲劳问题，但是这无疑会大大提高生产成本，而且也没有从根本上解决问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种曲柄销与连杆大头的结构设计方法，以解决现有技术中连杆上瓦边缘磨损严重的技术问题。

[0005] 经过对轴瓦疲劳的机理进行研究后发现，现有技术中的曲柄销与连杆大头的变形匹配度不够，容易导致连杆上瓦的局部接触应力高于其材料本身的疲劳极限，这便是导致连杆上瓦边缘疲劳剥落的本质原因。由此，本申请提供了如下的技术方案，从根本上解决连杆上瓦边缘磨损严重的问题。

[0006] 本发明提供的一种曲柄销与连杆大头的结构设计方法，包括：选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两
个参数值；
将不同所述结构参数的不同参数值进行组合，计算每个所述组合的粗糙接触应力σ以
及疲劳安全系数S；选取S>1.1时σ最小的计算组合。

[0007] 进一步的，不同所述结构参数的不同参数值根据正交组合方法进行组合。

[0008] 进一步的，限定出每个所述结构参数中参数值的上限值和下限值，在所述上限值和所述下限值之间选取每个所述参数值。

[0009] 进一步的，利用连杆有限元计算方法计算所述疲劳安全系数。

[0010] 进一步的，利用EHD计算方法计算所述粗糙接触应力σ。

[0011] 进一步的，利用曲拐模型来计算所述粗糙接触应力σ。

[0012] 进一步的，所述结构参数包括支撑圆角、杆身宽度和过渡圆角中的任意一项或组合。

[0013] 进一步的，首先选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两个参数值；然后将不同所述结构参数的不同参数值根据正交组合方法进行组合，利用连杆有限元
计算方法计算每个所述组合的粗糙接触应力σ，利用EHD计算方法计算每个所述组合的疲劳安全系数S；
最后选取S>1.1的组合，并在选取的组合中将σ最小的组合确定为最终组合。

[0014] 在上述技术方案中，通过调节连杆大头的局部支撑刚度来实现曲柄销-连杆大头的变形匹配。其中，变形是否协调通过轴瓦表面的粗糙接触应力大小来评价，以此来解决轴瓦边缘的疲劳问题。该曲柄销与连杆大头的结构设计方法相比于提升轴瓦材料来说，不仅能够从根本解决问题，而且还大大降低了成本。附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016] 图1为本发明一个实施例提供的粗糙接触应力σ的计算结果图；图2为本发明一个实施例提供的疲劳安全系数S的计算结果图。

具体实施方式

[0017] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0019] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0020] 本实施例提供的一种曲柄销与连杆大头的结构设计方法，包括：选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两
个参数值；将不同所述结构参数的不同参数值进行组合，计算每个所述组合的粗糙接触应力σ以及疲劳安全系数S；选取S>1.1时σ最小的计算组合。

[0021] 通过对轴瓦疲劳机理进行研究后发现，曲柄销-连杆大头变形不匹配，即曲柄销变形大、连杆大头变形小，这会使轴瓦边缘间隙小、油膜薄、粗糙接触应力大，连杆上瓦局部接触应力高于材料的疲劳极限，因此容易导致连杆瓦边缘疲劳剥落，这也是连杆瓦边缘疲劳剥落的本质原因。

[0022] 因此，基于上述研究发现，本发明采用了该曲柄销与连杆大头的结构设计方法，通过调节连杆大头的局部支撑刚度来实现曲柄销-连杆大头的变形匹配。其中，变形是否协调通过轴瓦表面的粗糙接触应力大小来评价，以此来解决轴瓦边缘的疲劳问题。该曲柄销与连杆大头的结构设计方法相比于提升轴瓦材料来说，不仅能够从根本解决问题，而且还大大降低了成本。

[0023] 具体的，可以首先识别出影响连杆大头局部支撑刚度的显著性的结构参数，其中显著性的结构参数就是对轴瓦边缘疲劳问题影响比较大的参数，可选的结构参数包括支撑圆角、杆身宽度和过渡圆角中的任意一项或组合。例如可以选取支撑圆角、杆身宽度、第一过渡圆角和第二过渡圆角，此处为了方便说明便以该四个结构参数为例进行阐述，同时可以将该四个结构参数分别命名为X1、X2、X3和X4。当然，除了支撑圆角、杆身宽度和过渡圆角以外，本领域技术人员还可以根据需求选取其他影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，并基于本结构设计方法进行计算，在此不做限定。

[0024] 选取结构参数后，每个结构参数的参数值可以预先设定多个，可选的，可以首先限定出每个所述结构参数中参数值的上限值和下限值，在所述上限值和所述下限值之间选取每个所述参数值。例如，可以根据实际结构布局及工艺要求等设计要求，给出上述X1、X2、X3和X4的上限Xmax和下限Xmin，即X1min<{X1}

[0025] 然后将不同所述结构参数的不同参数值进行组合，计算每个所述组合的粗糙接触应力σ以及疲劳安全系数S。其中，不同所述结构参数的不同参数值组合方式可以有多种，可选的可以如下表1所示将不同所述结构参数的不同参数值根据正交组合方法进行组合，除此之外本领域技术人员还可以采用其他方式进行组合，在此不做限定。影响因素 X1 X2 X3 X4
计算组合1 X11 X21 X31 X41
计算组合2 X11 X22 X32 X42
计算组合3 X11 X23 X33 X43
计算组合4 X12 X21 X32 X43
计算组合5 X12 X22 X33 X41
计算组合6 X12 X23 X31 X42
计算组合7 X13 X21 X33 X42
计算组合8 X13 X22 X31 X43
计算组合9 X13 X23 X32 X41

[0026] 表1在对粗糙接触应力σ以及疲劳安全系数S计算的过程中，可选的可以利用连杆有限元计算方法计算所述疲劳安全系数。同时，可选的可以利用EHD计算方法计算所述粗糙接触应力σ，此时优选利用曲拐模型来计算所述粗糙接触应力σ。除此之外本领域技术人员还可以采用其他方式计算粗糙接触应力σ以及疲劳安全系数S，在此不做限定。

[0027] 结合图1和图2所示，得出不同结构参数对连杆大头轴瓦的粗糙接触应力σ的影响规律，由图1可知此计算结果中组合2最优，组合3次之。此时，以选取S>1.1时σ最小的计算组合的设计要求，在连杆总成疲劳安全系数S>1.1的前提下，取σ最小的组合为最终选取的最优组合。由图2可知，组合2的S<1.1，因此S>1.1时选取组合3（σ最小，且S>1.1）为最优组合，并以该组合的参数值作为连杆大头的设计参数。

[0028] 在一个具体的实施例中，首先选取多个影响连杆大头局部支撑刚度的结构参数，每个所述结构参数预先设定至少两个参数值；然后将不同所述结构参数的不同参数值根据正交组合方法进行组合，利用连杆有限元计算方法计算每个所述组合的粗糙接触应力σ，利用EHD计算方法计算每个所述组合的疲劳安全系数S；最后选取S>1.1的组合，并在选取的组合中将σ最小的组合确定为最终组合。该结构设计方法的具体步骤可以参考前文的记载，在此不做赘述。

[0029] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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