第37卷(2015)第2期结构与可靠性
柴油机 Diesel Engine
高强度连杆轻量化设计研究
陆传荣"，贺晓亮，苗伟驰”，巫立民”
Vol.37(2015)No. 2
（1.海军驻七一一研究所军事代表室，上海201108；2.七一一研究所，上海201108）
摘要：从优化外形结构、减轻质量和减缓过渡区应力集中的目的出发，基于有限元计算，分析了某型强载柴油机连杆结构的优化对改进应力分布、减轻质量以及提高结构强度和刚度的作用。分析表明：连杆结构优化后，在满足高强度应用的同时，质量减轻约8kg，连杆螺检连接部位的应力集中区域得到显著改善，连杆外形更有利于锻造加工。柴油机耐久试验考核表明，优化后的
连杆结构强度和刚度满足使用要求。关键词：连杆；有限元；结构；优化
中图分类号：TK423.4*3
文章编号：1001-4357(2015)02002204
文献标识码：A
StudyonHighStrengthConnectingRodLightweightDesign
Lu Chuanrong', He Xiaoliang”, Miao Weichi?, Wu Limin?
(1. Naval Deputy Office of Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 201108 ;
2.Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute,Shanghai 201108)
Abstract: To optimize the configuration of a high-load diesel engine's connecting rod, as well as reduce its mass and stress concentration level, finite-element method was used to analyze the effect of structure optimiza tion on improvement of stress distribution, mass reduction, and increasing of structural strength and stiffness. The analysis results show that after structure optimization, the mass could be reduced by about 8kg, without compromise on high strength; the stress concentration area of the connecting rod bolt has been significantly improved, the configuration of the connecting rod is easier to process. The durability test indicate that the
strength and stiffness of the connecting rod after optimization can meet the application requirements, Keywords: connecting rod; finite-element method; structure; optimization
0引言
连杆作为发动机中承受交变载荷最严重的部件之一，其工作的可靠性、安全性直接影响发动机的正常工作。随着柴油机技术的进步，缸内最高燃烧压力越来越高，对连杆的设计提出了新的要求：在满足高强度应用的同时，要保证足够的强度、刚度和疲劳强度，尽可能达到质量轻、体积小、形状合理，并最大限度地减缓过渡区的应力集中。而上述要求往往是相互制约的，因此在连杆结构方案确定之前，须要进行充分的仿真分析。
有限元分析是目前常用的机械零部件结构强度、刚度以及疲劳强度分析方法。通过有限元计算分析，可以在短时间内，以较低的成本对机械零部件进行三维仿真计算分析，找出设计薄弱环节并提出合理的优化方案。
本文结合某型柴油机连杆设计结构，提出优化方案，并应用有限元计算分析优化前后的连杆结构强度和刚度，在保证连杆满足使用要求的基础上，减轻整个连杆部件的质量，同时使连杆的整体外形结构更加合理，且便于制造加工。
收稿日期：2014-11-15
作者简介：陆传荣（1974-），男，工程师，主要研究方向为船舶动力装置设计。