本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)部件快速疲勞試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于快速疲勞試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿載荷的簡(jiǎn)化方法。

背景技術(shù)：

連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，其功用是將活塞承受的缸內(nèi)氣體壓力傳遞給曲軸，并使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿作為發(fā)動(dòng)機(jī)主要的受力部件，其疲勞壽命直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，其破壞可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的報(bào)廢，甚至?xí)＜笆褂谜叩陌踩?/p>

常見(jiàn)的主要承受拉壓載荷的連桿，其極限載荷的確定和快速疲勞試驗(yàn)方法已十分成熟；但是，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主連桿，工作過(guò)程中不僅要承受來(lái)自對(duì)應(yīng)氣缸活塞的拉壓載荷，還要承受來(lái)自一個(gè)或多個(gè)副連桿的彎曲載荷，其極限載荷的確定和快速疲勞試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)均十分困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種應(yīng)用于快速疲勞試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿載荷的簡(jiǎn)化方法，解決了主副連桿結(jié)構(gòu)型式發(fā)動(dòng)機(jī)的主連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)承受載荷十分復(fù)雜時(shí)，快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法完全真實(shí)模擬的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種應(yīng)用于快速疲勞試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿載荷的簡(jiǎn)化方法，包括如下步驟：

1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論或者采用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)所述主連桿在每度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)所承受的載荷；

2)采用仿真分析軟件，根據(jù)上步得到的載荷，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)每度曲軸轉(zhuǎn)角下所述主連桿的應(yīng)力數(shù)據(jù)；

3)根據(jù)上步獲得的應(yīng)力數(shù)據(jù)，確定所述主連桿的危險(xiǎn)部位，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)所述危險(xiǎn)部位的兩個(gè)極限應(yīng)力，及其發(fā)生時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角和對(duì)應(yīng)的極限工作載荷；

4)采用等扭矩的方法等效合成所述主連桿所承受的來(lái)自多個(gè)副連桿的載荷為1個(gè)載荷，即將主連桿所承受載荷簡(jiǎn)化為1個(gè)來(lái)自對(duì)應(yīng)氣缸活塞的載荷和1個(gè)來(lái)自多個(gè)副連桿的載荷；在主連桿危險(xiǎn)部位對(duì)應(yīng)的兩個(gè)極限應(yīng)力不變的基礎(chǔ)上，在一定范圍內(nèi)調(diào)整簡(jiǎn)化后的兩個(gè)載荷大小為快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)易于實(shí)現(xiàn)的載荷；

5)根據(jù)簡(jiǎn)化后的兩個(gè)載荷設(shè)計(jì)快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)，并采用應(yīng)力測(cè)量方法標(biāo)定主連桿危險(xiǎn)部位的應(yīng)力數(shù)據(jù)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)本發(fā)明通過(guò)多個(gè)載荷合成簡(jiǎn)化的方法解決無(wú)法進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿快速疲勞試驗(yàn)的問(wèn)題；

(2)本發(fā)明通過(guò)等效方法調(diào)整作用在主連桿上的2個(gè)載荷值，調(diào)整后載荷易于在試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)；

(3)提供一種多個(gè)載荷合成簡(jiǎn)化的方法，可用于解決其它結(jié)構(gòu)零部件類似問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述星型發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述主連桿所承受的9個(gè)載荷的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述主副連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例合成簡(jiǎn)化后所述主連桿所承受的2個(gè)載荷的示意圖。

圖3中：

A為主連桿活塞銷中心；O為曲軸回轉(zhuǎn)中心；B為曲柄銷中心；為曲柄半徑；α為曲柄夾角；β為連桿中心線與氣缸中心線間夾角；ω為曲柄回轉(zhuǎn)角速度；λ為曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比值；r為副連桿所在主連桿的關(guān)節(jié)半徑；A_f為副連桿活塞銷中心；為副連桿長(zhǎng)度；γ_f關(guān)節(jié)角；β_f副連桿擺角；γ為主副氣缸中心線夾角。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例是一種應(yīng)用于快速疲勞試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿載荷的簡(jiǎn)化方法，以如圖1所示的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的某星型發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿載荷簡(jiǎn)化過(guò)程為例，主連桿上連接有8個(gè)副連桿，圖1中正中間的為主連桿，其他為副連桿。

步驟1，分析發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)中主連桿承受載荷，每度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)均有9個(gè)，分別為來(lái)自主連桿連接活塞的載荷和8個(gè)副連桿的附加載荷；根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論或者采用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件，通過(guò)公式計(jì)算，可獲得在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)所述主連桿在每度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)承受的9個(gè)載荷；

以下是基礎(chǔ)公式：

主連桿活塞加速度：

a＝Rω²cosα+Rω²λcos2α (1)

副連桿活塞加速度：

a_f＝Rω²(Ecos(a_f+φ)+Fcos(2a_f-ξ)) (2)

式中：

主連桿小頭沿氣缸方向往復(fù)慣性力(因?yàn)椋鶑?fù)慣性力的大小等于運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量與其加速度的乘積，其方向則與加速度的方向相反)：

P_j＝-m_ja (3)

副連桿小頭沿氣缸方向往復(fù)慣性力：

P_j＝-m_ja_f (4)

主連桿小頭沿氣缸方向力的合成：

副連桿小頭沿氣缸方向力的合成：

主連桿沿桿身方向力：

P_c＝P/cosβ (7)

副連桿沿桿身方向的力：

P_fc＝P_f/cosβ_f (8)

副連桿對(duì)主連桿形成的附加彎曲力矩為：

M_B＝P_fc*r*sin(β-β_f-ψ) (9)

則主連桿主要承受沿桿身方向的力P_c及副連桿形成的8個(gè)附加彎曲力矩M_B的合力作用。

步驟2，根據(jù)上步獲得的載荷和主連桿的三維實(shí)體模型，運(yùn)用仿真分析軟件Abaqus或Ansys Workbench等，計(jì)算所述主連桿在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)每度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)的應(yīng)力數(shù)據(jù)；

步驟3，根據(jù)疲勞分析理論或運(yùn)用疲勞分析軟件fatigue等，分析上步仿真計(jì)算所得的應(yīng)力數(shù)據(jù)，確定所述主連桿的危險(xiǎn)部位，獲得所述危險(xiǎn)部位的2個(gè)極限應(yīng)力，及其發(fā)生時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角和對(duì)應(yīng)的2個(gè)極限工作載荷，所述主連桿在此極限應(yīng)力發(fā)生時(shí)所對(duì)應(yīng)的載荷即為極限載荷；

步驟4，運(yùn)用力的分解與合成理論，采用等扭矩的方法等效合成主連桿所承受的來(lái)自8個(gè)副連桿的載荷為1個(gè)載荷，即將所述主連桿承受的9個(gè)載荷(1主8副)簡(jiǎn)化為2個(gè)載荷(1主1副)，如圖2、3所示；運(yùn)用仿真分析軟件Abqus或Ansys Workbench等，計(jì)算在此合成后的2個(gè)載荷作用下所述主連桿的應(yīng)力數(shù)據(jù)，在危險(xiǎn)部位不轉(zhuǎn)移和其2個(gè)極限應(yīng)力不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)需要，在一定范圍內(nèi)調(diào)整合成后的2個(gè)載荷大小；

步驟5，根據(jù)調(diào)整后的2個(gè)載荷，設(shè)計(jì)主連桿快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)，采用電測(cè)方法測(cè)量主連桿在預(yù)定動(dòng)、靜態(tài)載荷下關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力值，對(duì)比研究實(shí)測(cè)和步驟4計(jì)算所得應(yīng)力數(shù)據(jù)，誤差不大于要求范圍，則該快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)就可用于進(jìn)行所述主連桿快速疲勞試驗(yàn)。

本發(fā)明過(guò)程合理有效，合成簡(jiǎn)化后的載荷可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)主連桿快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)輸入條件，實(shí)現(xiàn)主連桿快速疲勞試驗(yàn)。解決了主副連桿結(jié)構(gòu)型式發(fā)動(dòng)機(jī)的主連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)承受載荷十分復(fù)雜時(shí)，快速疲勞試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法完全真實(shí)模擬的問(wèn)題。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。