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第41卷第2期内燃机与动力装置Vol.41No.2

2024年3月INTERNALCOMBUSTIONENGINEPOWERPLANTMar.2024

D0I:10.19471/j.cnki.1673-6397.2024.02.013

某柴油机连杆运行全过程疲劳分析

孙久洋，张洋洋，王厚权，高坤，陈海瑞，宫继儒

潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261061

摘要：为解决某柴油发动机捣缸故障，通过连杆受力、疲劳试验及有限元仿真分析确定故障原因。分析结果表

明：连杆大头垂直于杆身方向受力主要由连杆自身惯性力引起；疲劳试验仅能反映连杆最大拉伸载荷及压缩载

荷下的受力情况，不能体现其他时刻连杆受力情况；连杆定位齿形处疲劳安全因数最小，为1.05，确定连杆定位

齿形处产生疲劳断裂，导致发动机出现捣缸故障。对连杆加工工艺进行改进，将齿形定位改为胀断定位，解决

了定位齿形疲劳安全因数较低的问题，未出现发动机捣缸故障。

关键词：连杆；疲劳试验；疲劳强度分析；疲劳断裂；有限元仿真

中图分类号：TK426文献标志码：A

引用格式：孙久洋，张洋洋，王厚权，等.某柴油机连杆运行全过程疲劳分析[J].内燃机与动力装置，2024,41

(2):85-89.

SUNJiuyang,ZHANGYangyang,WANGHouquan,etal.Fatigueanalysisoftheentireprocessof

connectingrodoperationforadieselengine[J].InternalCombustionEnginePowerplant,2024,41

(2):85-89.

0引言

发动机连杆将作用在活塞上的力传递给曲轴，将活塞往复运动转化为曲轴旋转运动，实现活塞与曲

轴之间力和运动的传递[-2]。发动机工作过程中，连杆承受气体压力、往复惯性力、旋转惯性力和装配预

紧力产生的交变载荷，活塞及连杆质量越大，连杆承受的惯性力也越大，当连杆采用齿形定位时，对连杆

定位齿形的可靠性要求较高。

目前，连杆疲劳试验难以判定连杆体和连杆盖之间定位齿形的可靠性，可通过有限元仿真计算判定

不同工况下定位齿形的可靠性，并优化连杆结构设计，提高连杆工作可靠性。近年来，学者们围绕连杆进

行了大量仿真及试验研究：Silvia等[3]仿真分析拉压状态下拓扑优化后连杆应力薄弱部位，并与疲劳试验

断裂位置进行对比,结果表明，仿真薄弱部位与试验断裂位置一致，拓扑优化的连杆满足可靠性要求；

Rezvani等[4]通过模态试验及仿真分析,对某机型连杆进行屈曲分析,得到临界屈曲载荷，确定该连杆失

效模式为屈曲失效;Chakravarthy等[5]对不同材料的活塞-连杆-曲轴总成进行柔性化处理并建立多体动

力学模型，进行动力学仿真分析和热负荷分析，实现对不同材料优、劣势的评估；周友全等[6]分析了不同

表面粗糙度下连杆疲劳强度，发现连杆表面粗糙度几乎不对疲劳安全系数分布产生影响，但粗糙度较大

降低连杆疲劳安全系数；王鹏利等[7]分析了连杆在最大爆发压力、螺栓预紧力和轴瓦过盈装配作用下的

动力学性能,并基于动力学分析选取极限工况进行疲劳强度分析,为连杆结构设计和性能改进提供依据；

宋研研[8]分析了连杆处于最大拉伸工况和最大压缩工况下的疲劳强度,预测了疲劳寿命。由于疲劳失效

是连杆的主要失效模式，以上研究主要分析部分极限工况下连杆疲劳强度，但未对连杆运行全过程疲劳

强度进行分析。

收稿日期:2023-11-13

第一作者简介：孙久洋（1994一），男，山东泰安人，工学硕士，工程师，主要研究方向为内燃机动力学仿真分析,E-mail：

sunjiuyang@weichai.com。

86内燃机与动力装置2024年3月第41卷

本文中针对某柴油发动机捣缸故障，通过连杆受力、疲劳试验、有限元仿真，分析连杆运行全过程疲

劳强度,弥