CAE规范
1 范围
本部分规定了连杆强度的校核方法。
本部分适用于概念设计阶段连杆强度的校核，以安全系数表示连杆在发动机产品生命周期内的安全裕度。对船用发动机，需同时采用船检规范进行校核。
2 名称、符号
图1 连杆杆身最小截面模型示意图
表-1 连杆强度计算参数
序号 | 名称 | 符号 | 单位 |
1 | 连杆质量 | | kg |
2 | 活塞组质量 | | kg |
3 | 连杆长度 | | mm |
4 | 缸套内径 | 科学研究方法论 | mm |
5 | | | mm |
6 | 连杆主轴瓦宽度 | | mm |
7 | 杆身最小截面积 | pc104总线 | |
8 | 极惯性矩（z轴） | | |
9 | 极惯性矩（y轴） | | |
10 | 材料的屈服极限 | | |
11 | 连杆大小头孔中心距 | | mm |
12 | 连杆杆身长 | | mm |
13 | 材料的抗拉强度 | | |
13 | 材料的疲劳极限 | | |
14 | 转速 | | rpm |
15 | 最大爆压 | | MPa |
| | | |
| | | |
3 计算流程
图2 流程图
4 计算原理
连杆的设计基于对高应力区域的疲劳安全进行评估。
本规范中的计算基于以下假定：
● 连杆小头内侧、杆身过渡圆角处、大头盖螺栓台阶面是高应力区域；
● 活塞组往复惯性力以轴向抛物线、径向120°余弦分布作用在小头衬套和连杆轴瓦上； ● 爆发压力以轴向抛物线、径向120°余弦分布作用在小头衬套和连杆轴瓦上；
● 活塞组往复惯性力、爆发压力是引起连杆破坏的主要因素，连杆旋转惯性力产生的影响很小，可以忽略不计。
5 计算工况
对长期稳定工作于额定转速的发动机，以全负荷工况为计算工况；对在大转速范围内工作的发动机，以额定转速为计算工况；对船用发动机，以超负荷（110%负荷）工况为计算工况。
通常，一个工作周期内，由燃气压力和惯性力引起的作用在连杆上的径向载荷对所有曲柄位置都应计算。简单起见，径向力可以采用简化计算，并只计算一个工作周期内的最大受拉和最大受压两种状态。
6 连杆载荷
6.1 压杆稳定时连杆载荷
连杆属于细长杆件类的柴油机零件，在承受较大爆发压力的工况下须做杆件的稳定性校核：
临界载荷由Rankine Gordan公式计算：
6.2 连杆受到惯性载荷
连杆载荷以大小头孔轴向抛物线、径向120°天虎音乐网余弦分布的分布力作用在衬套和连杆轴瓦上，作用范围为连杆大头轴瓦宽度（见图3-b），其大小按以下公式计算：
：作用在衬套和连杆轴瓦上的径向载荷，N；对于连杆小头可按曲柄连杆动力学或多体动力学计算得到，对V型机，应考虑不同的相位和连杆设计（分叉连杆、连接连杆、并列连杆等）分别计算与合成。
大气环流 a)连杆受到爆发压力载荷 b) 连杆受到惯性力载荷
图3 连杆载荷图
7 衬套和轴瓦过盈计算
7.1 衬套过盈量计算
衬套过盈量有两部分组成，即衬套最大装配过盈量△z和衬套温度过盈量△t
衬套最大装配过盈量由图纸计算：△z=连杆衬套外圆上偏差-连杆小头孔下偏差
衬套温度过盈量按计算公式：△t=（α-α'）·T·D
衬套在直径方向的过盈量为：△D=△z + △t
其中，T是柴油机工作后连杆小头的温升，T=100～150℃（一般高速机采用150℃）；D为连杆轴瓦的外径。
7.2 轴瓦过盈量计算
连杆轴瓦在预紧力的作用下，连杆瓦被压缩了,还有的余量，考虑实际连杆大头孔直径有一定的公差带，因此连杆轴瓦相对于实际连杆大头孔的最大过盈为：
（ ）
其中 为连杆大头孔的基本尺寸；为连杆轴瓦的宽度；为连杆轴瓦钢被材料的弹性模量（一般取）；冯焱为连杆轴瓦的厚度； 为连杆轴瓦合金层的厚度；为折算系数（对于巴氏合金瓦=0.2，铝基合金瓦=0.35，铜基合金瓦=0.5）。
马瑞兴8 有限元计算
8.1 FEA模型
几何模型：目前最好采用整体模型（采用1/2模型大头盖连杆螺栓台过度圆角处计算结果不正确，原因尚不确定）；包括连杆衬套、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆体和连杆盖。
网格密度：在连杆应力集中区域和关注区域网格应相对较密（比如整体以单元长度4划分，加密处加密到2即可）；连杆小头内侧、杆身跟大小头的过渡圆角处、大头盖的连杆螺栓台
过渡圆角处，因为是重点考察的应力集中区域，如果计算结果不理想可以采用六面体子模型得到较为精确结果，其中大头盖的连杆螺栓台过渡圆角处应力随网格密度变化较明显，最好采用子模型；非关心区域单元尺寸可相对较大；杆身与大头盖接触的齿部由于网格不能做到一一对应，网格应相对密一些，否则会出现不收敛问题。连杆整体网格数控制在6-10万即可。
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