某高压共轨柴油机连杆三维有限元分析
山西中北大学机械与动力工程学院 马浩 董小瑞 毛虎平
前言
柴油机中的动力传动主要是混合气的燃烧产生的巨大能量推动活塞，进而经过连杆的作用使曲轴转动，来达到输出转矩的目的。其中，曲柄连杆机构起到了决定性的作用，而连杆作为曲柄连杆机构的传递部分，本身有着无可替代的重要性。我们在设计制作连杆时，必须保证连杆有足够的疲劳强度和结构强度[1]。否则会造成连杆杆身的断裂，进而会对整个柴油机造成无法预估的破坏，引发重大事故。同时，我们也要求连杆在完成应有作用的同时，能够对减轻发动机的重量起到一定的作用，本文旨在为连杆减轻重量提供更好的设计。
1 连杆模型创建
本文取某高压共轨柴油机上连杆进行建模，该连杆属于直切口连杆，其中已知的连杆相关参数为：大小孔中心距146mm，大端孔直径56mm，小端孔直径29mm，小端厚度27mm，大端厚度31mm，杆身厚度17mm。根据上述的已知参数，参照文献[2]中连杆设计的相关资料做相关的计算，可以求得连杆螺栓中心距为67.2mm，按照文献中的要求，螺孔外侧的厚度不小于2~4mm，综合求解得出连杆大头部分的最大宽度应该大于75mm小于80mm。
2 连杆有限元分析
2.1网格划分
本文根据连杆运动工况，选择SOLID187三维四面体单元。同时根据高压共轨柴油机的实际工况，选择连杆材料为各向同性的线性材料40MnB，该材料的弹性模量为2.09×105MPa，泊松比为0.28，其抗剪模量为8.13×1010N/m2，密度为7.87×103kg/m3，张力强度为9.8×108N/m2，屈服强度高达1000MPa以上，并且弹性模量和泊松比都不随温度的变化而变化。
