从计算分析结果认为连杆轴瓦原始设计是合理的,连杆轴瓦与连杆之间配合过盈量满足理论设计要求。但是本款摩托车发动机转速高、扭矩大,连杆大头孔在受到高爆发压力和往复惯性力所产生的交变载荷时会产生一定量的变形,在大头孔与小头孔中心连线方向上直径增大,相应的垂直方向上直径减小。连杆大头孔直径的变化会造成连杆轴瓦与曲柄销之间配合间隙的变化,同时对连杆与轴瓦之间的配合过盈量产生影响。因此,即使连杆与轴瓦间的设计配合过盈量符合理论要求,但若连杆大头刚度不够则可能导致连杆大头孔在运转过程中变形量过大并由此产生润滑不良甚至轴瓦的转动、变形及失效。为了优化设计,我们下一步将增加连杆大头孔的刚度,并制造样件通过试验验证是否能解决失效问题。
3.2改进措施
为了增加连杆大头孔的刚度,首先需要增加大头孔的壁厚,通过模拟软件认为将连杆外圆直径增加3.2 mm比较合适,此时连杆大头孔的膨胀量由原来的0.005~0.010相应减小为0.00~50.008。同时,考虑到连杆轴瓦与曲柄销之间的配合间隙为0.035~0.075,可以适当减小大头孔内径来增加连杆刚度,按照设计经验认为减小0.005比较合适,因此连杆大头孔的尺寸更改为φ31(+0.008/-0.005),配合间隙同时减小为0.03~0.068。由于连杆设计尺寸发生了更改,配合过盈量是否发生变化,下面通过计算进行查看。
参照表1中的计算参数,D,数值变更为φ31.008 9D1数值变更为φ45.708,D2/D1为1.474, te/ D1为0.04249参照图15-20查得φt数值不变,仍为1.865×105MPa。
轴瓦设计没有改动,参照表1计算参数,轴瓦的压缩变形量V约为0.02基本无变化。连杆内径从φ31.013改为φ31.008后,轴瓦测具直径相应减小了0.005,半圆周方向上相应减小0.008,相当于轴瓦的余面高度增加了0.008,因此轴瓦的余面高度U变为0.018~0.043。计算可得轴瓦的半圆周长过盈量hmin=0.038,hmax=0.083,参照表1计算可得σtmin=145MPa,σtmax=318MPa,数值符合设计要求范围,因此连杆可以进行上述更改。
上述连杆设计更改措施增加了连杆刚度,可以有效减小连杆在高速运转过程中的变形量。同时,连杆与轴瓦之间的周向应力增加,按照F= fN,连杆与轴瓦之间的摩擦力也相应地提高,或许可以更加有效的克服轴瓦在运转过程中发生旋转。因此,我们同时将连杆大头孔粗糙度由0.3~0.6增加到0.4~0.9,进一步增加连杆与轴瓦间的摩擦力。下面将按上述更改制作样件并通过试验验证是否可以有效解决连杆轴瓦的失效问题。
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