吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1992-2001.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180816

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36MnVS4裂解连杆性能分析及轻量化设计

石舟1,2(),寇淑清1,2()   

  1. 1. 吉林大学 材料科学与工程学院,长春 130022
    2. 吉林大学 辊锻工艺研究所,长春 130022
  • 收稿日期:2018-08-05 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 寇淑清 E-mail:shizhou2023@163.com;Kousq@jlu.edu.cn
  • 作者简介:石舟(1989-),女,博士研究生. 研究方向:精密制造技术及自动化.E-mail:shizhou2023@163.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2016YFD0701102);国家科技重大专项项目(2013ZX04002021)

Performance analysis and lightweight design of 36MnVS4 fracturesplitting connecting rod

Zhou SHI1,2(),Shu-qing KOU1,2()   

  1. 1. College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China
    2. Rolling Forging Institute, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-08-05 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Shu-qing KOU E-mail:shizhou2023@163.com;Kousq@jlu.edu.cn

摘要:

为实现连杆轻量化以适应发动机低能耗低振动的要求,对36MnVS4连杆进行了结构改进设计。在原有C70S6连杆结构设计的基础上,改用高强钢36MnVS4,并分别对C70S6和36MnVS4连杆断裂接合面进行三维逆向重构,建立了裂解连杆有效分析模型。通过有限元模拟对连杆进行疲劳强度分析,得到:36MnVS4连杆较C70S6连杆的疲劳寿命和安全系数有明显提高,具有足够的安全储备进行轻量化改进。以连杆强度和刚度为约束条件,对36MnVS4连杆分部位进行结构改进设计,改进后连杆质量降低21%,实现了裂解连杆的轻量化。

关键词: 材料合成与加工工艺, 连杆裂解, 36MnVS4, 逆向重构, 疲劳性能, 轻量化设计

Abstract:

Compared with the first-generation of fracture-splitting material C70S6, the tensile and yield strengths of the new material 36MnVS4 are significantly improved. In order to reduce the weight of the connecting rod to meet the requirements of the engine's low energy consumption and low vibration, the structure of the 36MnVS4 connecting rod is improved. Based on the design of the original C70S6 connecting rod structure, the high-strength steel 36MnVS4 is used instead. Three-dimensional inverse reconstruction of fracture surface of C70S6 and 36MnVS4 connecting rods are conducted, and an effective analysis model of connecting rods is established. The fatigue strength analysis by finite element simulation shows that the fatigue life and safety factor of the 36MnVS4 connecting rod are significantly higher than that of C70S6 connecting rod, and there is sufficient safety reserve for lightweight improvement. With the constraints of connecting rod strength and stiffness, the structural design of the 36MnVS4 connecting rod is improved that the mass of the connecting rod is reduced by 21%.

Key words: materials synthesis and processing technology, connecting rod fracture-splitting, 36MnVS4, reverse reconstruction, fatigue performance, lightweight design

中图分类号: 

  • TG406

图1

试样件金相组织"

图2

材料真实应力-应变曲线"

图3

连杆结构及尺寸"

图4

断裂面形貌"

图5

断裂点云数据"

图6

拟合后的断裂面"

图7

连杆三维模型"

图8

连杆受力情况"

图9

连杆疲劳寿命"

图10

连杆安全系数分布"

表1

连杆工况分析及优化部位"

连杆区域 危险工况 潜在失效形式 优化措施
连杆小头 最大惯性力工况 疲劳失效、孔径变形 优化连杆小头截面的宽度及几何形状
连杆大头 最大惯性力工况 疲劳失效、大头孔变形 优化连杆大头截面的宽度、厚度及连杆螺栓孔周围加强筋的几何形状
连杆杆身 最大爆压力工况 杆身失稳 优化连杆杆身截面形状以及杆身与大、小头孔连接处结构
杆身与大、小头过渡处 最大爆压力工况 应力集中造成断裂 杆身与大、小头孔过渡区域圆弧

图11

小头结构"

图12

α和X对小头强度和刚度的影响"

图13

优化前、后杆身结构对比"

图14

杆身变形"

图15

大头结构尺寸对比"

图16

大头孔变形情况"

图17

大头应力分布"

图18

沿路径连杆应力变化曲线"

图19

优化前、后36MnVS4连杆结构对比"

图20

连杆疲劳寿命及安全系数分布"

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