本文利用Abaqus软件对某柴油机连杆组件进行了强度分析，计算模型包括连杆体、连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆衬套和活塞销。计算工况包括螺栓装配工况、轴瓦装配工况、最大气缸爆发力工况和最大惯性力工况，计算结果表明所设计的连杆满足强度要求。

有限元模型及材料性能

连杆作为发动机中传递动力的重要零件，负责把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动的重要作用，并将作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作过程中要承受着包括螺栓预紧力及轴瓦过盈力在内的装配载荷和包括气体爆发压力及往复惯性力在内的工作载荷的作用，工作条件十分苛刻。连杆的设计质量直接关系到发动机的可靠性及行车安全。本文采用非线性软件Abaqus对某柴油机连杆组件进行了强度计算。基于连杆结构及受力的对称性，为加快分析速度，取一半模型进行分析，连杆实际模型和有限元模型如图1所示，连杆组件材料性能如表所示。

边界条件

连杆组件有限元分析共分四个工况：螺栓装配工况、轴瓦装配工况、最大气缸爆发压力工况和最大惯性力工况。

1.螺栓装配工况

（1）分析零件 包括连杆体、连杆盖和连杆螺栓。

（2）边界条件 对称约束：在连杆对称面上施加对称约束，对称面上所有节点X＝0；位移约束：为限制连杆的平面运动，在杆身中部取部分节点施加边界约束，限制节点的所有自由度；绑定约束：在连杆盖与连杆杆身、连杆螺栓与连杆杆身以及连杆螺栓凸缘面与连杆盖之间施加绑定约束（Tie约束）；螺栓预紧力：螺栓预紧力Fb＝50N，取其一半Fb1＝25kN。

2.轴瓦装配工况

（1）分析零件 包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆衬套和连杆轴瓦。

（2）边界条件 对称约束、位移约束和绑定约束均与螺栓装配工况相同；表面约束：在连杆衬套与连杆小头孔之间、连杆轴瓦与连杆体之间以及连杆轴瓦与连杆盖之间施加接触边界条件，连杆衬套与连杆小头孔之间的过盈量为37mm（半径），连杆轴瓦与连杆之间的过盈量为50mm（半径）。

3.最大气缸爆发压力工况

（1）分析零件 包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆衬套、连杆轴瓦、活塞销和曲轴（用刚体模拟）。

（2）边界条件 对称约束：与螺栓装配工况相同。位移约束：在活塞销及模拟曲轴的刚性面上施加固定约束。绑定约束：与螺栓装配工况相同。表面约束：在连杆衬套与连杆小头孔之间、连杆轴瓦与连杆体之间、连杆轴瓦与连杆盖之间、活塞销与连杆衬套之间以及模拟曲轴与连杆轴瓦之间施加接触边界条件。连杆衬套与连杆小头孔之间的过盈量为37mm（半径），连杆轴瓦与连杆之间的过盈量为50mm（半径），活塞销与连杆衬套之间的间隙为30mm（半径），模拟曲轴与连杆轴瓦之间的间隙为30mm（半径）。气体压力：最大爆发压力16.5MPa，Fg/2＝46.813kN，按120°的角度加载到活塞销上。

4.最大惯性力工况

（1）分析零件 包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆衬套、连杆轴瓦、活塞销和曲轴（用刚体模拟）。

（2）边界条件 对称约束：与螺栓装配工况相同；位移约束：与最大气缸爆发压力工况相似，注意模拟曲轴刚性面的方向相反；绑定约束：与螺栓装配工况相同；表面约束：与最大气缸爆发压力工况相同；往复惯性力：5200r/min时（超速转速）最大往复惯性力Fw/2＝45.648kN，按120°的角度加载到活塞销上（与最大气缸爆发压力工况加载方向相反）。

计算结果及分析

螺栓装配工况：由图2可知，螺栓装配载荷时连杆的Miss应力小于材料的许用应力。轴瓦装配工况：由图3可知，在轴瓦装配工况下，连杆的Miss应力小于许用应力，连杆轴瓦和连杆衬套上各点的应力均大于零，说明连杆轴瓦及连杆衬套与连杆贴合紧密，不会出现分离现象。最大气缸爆发压力工况：由图4可以看出，在最大气体爆发压力下连杆所受最大Miss应力小于材料的许用应力。最大惯性力工况：由图5可以看出，在最大惯性力下连杆所受最大Miss应力小于材料的许用应力。

结语

通过对连杆在螺栓装配载荷、轴瓦装配载荷、最大气体爆发压力和最大惯性力载荷时的分析，可看出此连杆满足设计强度要求。在发动机设计开发阶段，采用有限元方法对连杆组件进行分析是必要的，不仅有利于减少样件的制作次数，节约研发成本，而且有利于缩短研发周期。