连杆小头衬套过盈联接固持力分析

连杆小头衬套过盈联接固持力分析

基于活塞式发动机连接体的小端轴的支撑孔和衬套的过度连接，形成了滑动的轴承。衬套松动是轴压失败的主要形式之一。要使衬套不发生松动,衬套的过盈联接固持力在任何时刻均应大于衬套承受的工作载荷。连杆小头衬套过盈联接的常规设计中,将固持力和工作载荷视为确定值。实际工作中,受高温、高应力等因素的影响,固持力往往会发生衰减。另外,实际过盈量和工作载荷存在一定随机性,是一个变化值。因此,如何动态地反映连杆小头衬套过盈联接的变化情况,对保证衬套在使用中不发生松动具有重要意义。1由于衬套密封性能的计算1.1初始固持力密度函数实际工程中,连杆小头衬套的过盈量由装配随机确定,是一个随机变量且服从正态分布,作为过盈量函数的初始固持力也应服从正态分布,其密度函数为:式中:µF0、SF0分别为初始固持力的均值和标准差,N。1.2持力衰减量计算公式的确定连杆小头衬套过盈联接固持力受微动磨损、蠕变和塑性变形的影响,随着使用时间增长而减小。固持力的衰减量受材料性能、工作温度、初始应力、工作载荷等因素影响,导出固持力衰减量的计算公式非常困难。影响固持力衰减量的这些因素,严格意义上讲,均为随机变量,作为这些随机因素函数的固持力衰减量也应是一个随机变量。在机械零件的可靠性分析中,只要没有充分的根据说明这种分布是何种分布状态时,通常优先假设它服从正态分布。这不仅因为正态分布能反映大多数工程问题的实际分布情况,而且即使为非正态分布时,若采用正态分布假设,一般将得到偏于保守的结果。因此,设固持力衰减量服从正态分布,其密度函数为:式中:µ∆F、S∆F分别为固持力衰减量的均值和标准差,N。1.3剩余固结力密度函数残余固持力为:由概率论可知,f(F0)、g(∆F)为正态分布,F′的概率密度函数h(F′)也呈正态分布,其密度函数为:1.4连续工艺压力下的工况连杆小头衬套承受的工作载荷是活塞销与衬套内孔间摩擦产生的周向力。工作荷载由摩擦系数和正压力决定。由于连杆工作在复杂的环境中,摩擦系数和正压力均为随机变量。因此,工作载荷是一个随机变量。设工作载荷呈正态分布,其密度函数为:式中:µF、SF分别为工作载荷的均值和标准差,N。1.5基于约束密度函数的模型检验连杆小头衬套过盈联接的可靠度是残余固持力F′大于衬套承受的工作载荷的概率,令y=F′-F,则过盈联接的可靠度为:由式(1)、式(2)可知,残余固持力F′和工作载荷F为正态分布,故y的概率密度函数j(y)也呈正态分布,其密度函数为:连杆小头衬套过盈联接的可靠度是y>0的概率,其表示为:变成标准正态分布:由于正态分布是对称分布的,故式(5)可变换为:将式(1)代入式(3)得:式中:ZR为连杆小头衬套过盈联接的可靠度指数。2固持力衰减量测试结果某型航空活塞发动机连杆小头轴承座的孔径为30.060～30.086mm,青铜衬套的外径为30.15～30.18mm,初始过盈量为0.064～0.12mm。试验测得初始固持力0F为17443～20302N,由概率论计算其均值和标准差为:试验测试了12件连杆使用2000小时后的固持力衰减量,其值如表1所示。根据表1,再由概率论计算其均值和标准差为:连杆小头衬套承受的正压力为6700～22300N,摩擦系数为0.05～0.2,计算得出衬套承受的周向载荷F为335～4460N,由概率论计算其均值和标准差为:将上述值代入式(6)、式(7),计算得连杆小头衬套使用2000小时的过盈联接的可靠度指数ZR=4.4862,故其过盈联接的可靠度R=1。实际使用情况也表明,该型连杆小头衬套过盈联接的可靠度非常高。3衬套可靠性的计算从连杆小头衬套过盈联接的实际情况出发,将初始固持力、固持力衰减量和工作载荷作为随机变量,计算衬套过