基于ansys的485柴油機(jī)氣缸墊有限元分析論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　Abstract...............II</p><p><b>　　1 引 言3</b></p><p>　　1.1 課題的背景3</p

2、><p>　　1.2 本文的主要研究內(nèi)容3</p><p>　　2 有限元法和ANSYS與Pro/E簡介5</p><p>　　2.1 有限元分析方法概述5</p><p>　　2.2 有限元分析的基本思想5</p><p>　　2.3 ANSYS的主要功能6</p><p>　　2.4

3、 ANSYS提供的分析類型7</p><p>　　2.5 Pro/E軟件簡要介紹9</p><p>　　3 485柴油機(jī)氣缸墊密封性分析與試驗(yàn)11</p><p>　　3.1 影響485柴油機(jī)氣缸墊密封性的因素11</p><p><b>　　3.2 試驗(yàn)15</b></p><p&g

4、t;　　3.2.1試驗(yàn)方法15</p><p>　　3.3.2 試驗(yàn)原理和環(huán)境16</p><p>　　3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析16</p><p>　　4 485柴油機(jī)氣缸墊密封性有限元分析18</p><p>　　4.1 實(shí)體模型的建立18</p><p>　　4.2 有限元模型的建立22</

5、p><p>　　4.3 邊界條件和載荷的施加23</p><p>　　4.3.1 位移邊界條件23</p><p>　　4.3.2 接觸邊界條件23</p><p>　　4.3.3 載荷邊界條件24</p><p>　　4.3.4 螺栓預(yù)緊工況24</p><p>　　4.3.5 工作工況

6、24</p><p>　　4.4 在螺栓預(yù)緊工況下有限元計(jì)算結(jié)果分析25</p><p>　　4.4.1 缸口部位的密封分析26</p><p>　　4.4.2 潤滑油孔的密封分析27</p><p>　　4.4.3 冷卻水的密封分析27</p><p>　　4.5 工作工況的485柴油機(jī)氣缸墊受力分析29

7、</p><p><b>　　4.6 結(jié)論31</b></p><p>　　5 總結(jié)和展望32</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　1 引言<

8、/b></p><p><b>　　1.1 課題的背景</b></p><p>　　氣缸墊位于氣缸蓋與氣缸體之間，又稱氣缸床，其功用是填補(bǔ)氣缸體和氣缸蓋之間的微觀孔隙，保證結(jié)合面處有良好的密封性，進(jìn)而保證燃燒室的密封 防止氣缸漏氣和水套漏水。該485柴油機(jī)采用的是鋼質(zhì)氣缸墊。 </p><p>　　隨著內(nèi)燃機(jī)的不斷強(qiáng)化，熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷

9、均不斷增加，氣缸墊的密封性愈來愈重要。對結(jié)構(gòu)和材料的要求是：在高溫高壓和高腐蝕的燃?xì)庾饔脳l件下具有足夠的強(qiáng)度,耐熱；不少損或變質(zhì)，耐腐蝕；具有一定的彈性，能補(bǔ)償結(jié)合面的不平度，以保證密封，使用壽命長.。</p><p>　　隨著現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要求的日益提高，將有限元法運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械運(yùn)動分析已經(jīng)成為必然的趨勢，主要體現(xiàn)在：傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)耗費(fèi)工時(shí)，設(shè)計(jì)周期較長，產(chǎn)品成本較高。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是在有限的幾個方案中比較或是

10、選擇一個比較優(yōu)秀的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這就使得設(shè)計(jì)具有一定的盲目性。將有限元法運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中去，可以優(yōu)化零件形狀，降低消耗和成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。最為重要的有限元法大大縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了試件的制作。有限元法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究中說顯示出的無比優(yōu)越性，使其成為企業(yè)在市場競爭中的有利工具，已經(jīng)越來越受到工程技術(shù)人員的重視 。</p><p>　　1.2 本文的主要研究內(nèi)容</p><p>

11、　　ANSYS是大型的通用有限元軟件，其功能強(qiáng)大，可靠性好，具有強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析能力和優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，因而被國內(nèi)外大多數(shù)機(jī)械行業(yè)所采用。本文將基于ANSYS建立485柴油機(jī)汽缸墊結(jié)構(gòu)的有限元模型，對汽缸墊結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。首先，對ANSYS進(jìn)行了簡要的介紹，為汽缸墊結(jié)構(gòu)的有限元分析做好準(zhǔn)備工作；然后，以汽缸墊為研究對象，利用ANSYS建立了汽缸墊實(shí)體單元模型，然后利用ANSYS對結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性進(jìn)行研究，并給出分析步驟?；谟邢拊夹g(shù)分析鋼

12、質(zhì)氣缸墊受力情況,精確建立氣缸墊的實(shí)體模型并施加合理的邊界條件,在螺栓預(yù)緊工況計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果很好吻合的基礎(chǔ)上,計(jì)算了工作工況下485柴油機(jī)鋼質(zhì)氣缸墊的密封性能,計(jì)算結(jié)果表明:在沒有非金屬材料密封的情況下,本鋼質(zhì)氣缸墊有滲水的可能性。該結(jié)論可以為設(shè)計(jì)人員在鋼質(zhì)氣缸墊的設(shè)計(jì)上提供一定理論依據(jù)。</p><p>　　2 有限元法和ANSYS與Pro/E簡介</p><p>　　2.1 有限元

13、分析方法概述</p><p>　　有限元法是一種離散化的數(shù)值解法,是用于求解各類實(shí)際工程問題的方法。應(yīng)力分析中穩(wěn)態(tài)的、瞬態(tài)的、線性的、非線性的問題及熱力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)以及高速沖擊動力學(xué)問題都可以通過有限元法得到解決 。</p><p>　　有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并由于其方便性、實(shí)用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過短短數(shù)十年的努

14、力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法 。</p><p>　　20 世紀(jì) 60 年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法=Rayleigh Ritz 法＋分片函數(shù)”，即有限元法是 Rayleigh Ritz 法的一種局部化情況 。不同于求解（往往

15、是困難的）滿足整個定義域邊界條件的允許函數(shù)的 Rayleigh Ritz 法，有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀（如二維問題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數(shù)），且不考慮整個定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。</p><p>　　2.2 有限元分析的基本思想</p><p>　　有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）的基本思

16、想是用較為簡單的問題代替比較復(fù)雜的問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互聯(lián)子域組成，對每一單元假定一個合適的（較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個域的滿足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問題被較簡單的問題所替代。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元法不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜情況，因而有限元分析成為行之有效的工程分析手段 。</p><p&

17、gt;　　有限元法的基本思想可歸結(jié)為兩個方面，一是離散，二是分片插值 。</p><p>　　離散就是將一個連續(xù)的求解域人為地劃分為一定數(shù)量的單元，單元又稱網(wǎng)格，單元之的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，單元間的相互作用只能通過節(jié)點(diǎn)傳遞，通過離散，一個連續(xù)體便分割為由有限數(shù)量單元組成的組合體。離散的目的就是將原來具有無限自由度的連續(xù)變量微分方程和邊界轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換為只包含有限個節(jié)點(diǎn)變量的代數(shù)方程組，以利于用計(jì)算機(jī)求解。 </p

18、><p>　　有限元法的離散思想借鑒于差分法 ，但做了適當(dāng)改進(jìn)。首先，差分法是對計(jì)算對象的微分方程和邊界條件進(jìn)行離散，而有限元法是對計(jì)算對象的物理模型本身進(jìn)行離散，即使該物理模型的微分方程尚不能列出，但離散過程依然能夠進(jìn)行。其次，有限元法的單元形狀并不限于規(guī)則網(wǎng)格，各個單元的形狀和大小也并不要求一樣，因此在處理具有復(fù)雜幾何形狀和邊界條件以及在處理具有像應(yīng)力集中這樣的局部特性時(shí)，有限元法的適應(yīng)性更強(qiáng)，離散精度更高。 &

19、lt;/p><p>　　變分法是在整個求解域用一個統(tǒng)一的試探函數(shù)逼近真實(shí)函數(shù)，當(dāng)真實(shí)函數(shù)性態(tài)在求解域內(nèi)趨于一致時(shí)，這種處理是合理的。但如果真實(shí)函數(shù)的性態(tài)很復(fù)雜，再用統(tǒng)一的試探函數(shù)就很難得到較高的逼近精度，或者說要得到較高的精度就需要階次很高的試探函數(shù)。同時(shí)由于不能在求解域的不同部位對試探函數(shù)提出不同的精度要求，往往由于局部精度的要求問題的求解很困難。所以這類方法一般用于求解函數(shù)交規(guī)則和邊界條件較簡單的問題。 <

20、/p><p>　　分片插值的思想是有限元法與里茲法的一個重要區(qū)別，它是針對每一個單元選擇試探函數(shù)（也稱插值函數(shù)），積分計(jì)算也是在單元內(nèi)完成。由于單元形狀簡單，所以容易滿足邊界條件，且用低階多項(xiàng)式就可獲得整個區(qū)域的適當(dāng)精度。對于整個求解域而言，只要試探函數(shù)滿足一定條件，當(dāng)單元尺寸縮小時(shí)，有限元就能收斂于實(shí)際的精確解。 </p><p>　　從以上分析可知，有限元法是差分法的一種發(fā)展，又可以看成是

21、里茲法的一種新形式。它兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了各自的不足，因而具有更大的優(yōu)越性和實(shí)用性 。</p><p>　　2.3 ANSYS的主要功能</p><p>　　ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，目前，有限元法從它最初應(yīng)用的固體力學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)推廣到溫度場、流體場、電磁場、聲場等其他連續(xù)介質(zhì)領(lǐng)域。在固體力學(xué)領(lǐng)域，有限元法不僅可以用于線性靜力分析 ，也可以用于動

22、態(tài)分析，還可以用于非線性、熱應(yīng)力、接觸、蠕變、斷裂、加工模擬、碰撞模擬等特殊問題的研究。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊 。</p><p><b>　　前處理模塊</b></p><p>　　前處理模塊提供了一個強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。ANSYS的前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。</

23、p><p><b>　　分析計(jì)算模塊</b></p><p>　　分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。</p><p><b>　　后處理模塊</b></p

24、><p>　　后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了200種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。</p><p>　　2.4 ANSYS提供的分析類型</p><p>　　ANSYS軟件提供的分析類型如

25、下 ：</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)靜力分析</b></p><p>　　用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析 。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析

26、</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)非線性分析</b></p><p>　

27、　結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。</p><p><b>　　動力學(xué)分析</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析研究結(jié)構(gòu)在動載荷作用的響應(yīng)（如位移、應(yīng)力、加速度等得時(shí)間歷程），以確定結(jié)構(gòu)的承載能力的動力特性等。ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動。當(dāng)運(yùn)動的

28、積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。</p><p><b>　　熱分析</b></p><p>　　程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分

29、析能力。</p><p><b>　　電磁場分析</b></p><p>　　主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。</p><p><b>　　流體動力學(xué)分析<

30、/b></p><p>　　ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。</p><p><b>　　聲場分析</b></p><

31、p>　　ANSYS把聲學(xué)歸為流體，程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強(qiáng)度分布 ，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。</p><p><b>　　壓電分析</b></p><p>　　壓電效應(yīng)分析是一種結(jié)構(gòu)－電場耦合分析，給壓電材料加電壓會產(chǎn)生位移，反之使壓

32、電材料振動則產(chǎn)生電壓，一個典型的壓電分析的應(yīng)用是壓力換能器。ANSYS壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析 。</p><p>　　2.5 Pro/E軟件簡要介紹</p><p

33、>　　Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。</p><

34、p>　　Pro/E軟件的主要特性</p><p>　　Pro/E第一個提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。</p><p>　　Pro/E采用了模塊方式

35、，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 　　</p><p><b>　　1． 參數(shù)化設(shè)計(jì)</b></p><p>　　相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 　　<

36、;/p><p>　　2． 基于特征建模 　　</p><p>　　Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。 　　</p><p>　　3． 單一數(shù)據(jù)庫　　</p><p>　　P

37、ro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程

38、設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價(jià)格也更便宜。</p><p>　　3 柴油機(jī)氣缸墊密封性分析與試驗(yàn)</p><p>　　3.1 影響485柴油機(jī)氣缸墊密封性的因素</p><p>　　氣缸蓋密封性能的好壞，直接影響發(fā)動機(jī)的技術(shù)狀況，嚴(yán)重時(shí)，發(fā)動機(jī)的功率急劇下降，甚至無法工作。如當(dāng)氣缸墊燒損

39、后，發(fā)動機(jī)的氣缸壓縮力不足，其轉(zhuǎn)速明顯下降，并伴有排氣管冒煙(白煙)，水箱中有氣泡產(chǎn)生(且冷卻水消耗過快)，水面上積有機(jī)油泡沫等現(xiàn)象。許多維修技術(shù)人員不知道氣缸墊片損壞的原因，只知道更換新的氣缸墊片，結(jié)果氣缸墊片連續(xù)燒損。更換發(fā)動機(jī)氣缸墊片是一項(xiàng)慎之又慎的工作。對于維修技術(shù)人員來說，也是一項(xiàng)難度很大的工作。如果不按要求使用氣缸墊片、或不按照正確的操作方法裝配氣缸墊片或裝配前不做出正確的檢查并找出其損壞的原因，所做密封的效果也肯定不會理想

40、。　　</p><p>　　一、氣缸墊片的使用與安裝不正確</p><p>　　氣缸墊片是裝在發(fā)動機(jī)氣缸體和氣缸蓋之間，它的作用是保證燃燒室的密封，防止燃?xì)?、冷卻水和潤滑油躥漏。所以，氣缸墊片的使用與安裝不合乎要求，就直接影響氣缸蓋的密封可靠性和氣缸墊使用壽命。</p><p>　　為了保證密封質(zhì)量，選用的氣缸墊片必須與原氣缸所配的規(guī)格和厚度相同，表面應(yīng)平整，包邊貼

41、合牢固，并且沒有劃痕、凹陷、折鄒以及銹污等現(xiàn)象。否則，就會影響氣缸蓋的密封質(zhì)量。</p><p>　　在更換氣缸墊片時(shí)，應(yīng)在冷機(jī)時(shí)進(jìn)行，氣缸蓋有正反面之分，正面比較光滑，反面比較粗糙，裝配時(shí)應(yīng)注意。由于氣缸墊片缸口卷邊一面(反面)有凸出量，對與它接觸的平面會造成壓痕變形。因此，安裝時(shí)卷邊的一面(反面)應(yīng)朝向易修整的接觸面或硬表面(一般氣缸蓋與氣缸體均為鑄鐵時(shí)，卷邊(反面)應(yīng)朝向氣缸蓋;若氣缸蓋為鋁合金，缸體為鑄鐵

42、，卷邊(反面)應(yīng)朝向氣缸體。)，且定位孔應(yīng)對準(zhǔn)氣缸體的定位銷。對一些高強(qiáng)化、大功率增壓型進(jìn)口柴油機(jī)，所使用的純金屬氣缸墊片，安裝時(shí)有記號(如TOP或UP)一面應(yīng)朝向氣缸蓋(不得用普通缸墊代替)。且缸口、油道口及水道處的彈性凸筋必須完好。</p><p>　　另外，對重新使用的氣缸墊片，因彈性降低以及變形等影響，其密封性能和使用性能將受到影響。所以，一般情況下，氣缸墊片不要重復(fù)使用。若要重復(fù)使用舊的氣缸墊片時(shí)，在裝

43、配前可放在廢機(jī)油中加熱到100℃煮0.5H左右。這樣可有效地使氣缸墊片內(nèi)石棉膨脹，恢復(fù)其彈性性能，提高密封性和使用可靠性。</p><p>　　二、氣缸蓋的輕微跳動</p><p>　　氣缸蓋的輕微跳動是在壓縮和燃燒壓力的作用下，氣缸蓋試圖從缸體上分離所造成的結(jié)果。這些壓力拉長了氣缸蓋連接螺栓，因此導(dǎo)致氣缸蓋相對與缸體有一個輕微的跳動。這種輕微的跳動就會使氣缸蓋密封墊片發(fā)生放松和壓緊的過程

44、，從而加快了氣缸蓋密封墊片的損壞，影響其密封性能。在正常的情況下，這種輕微的跳動是非常微小的，幾乎等于零。那么，在正常情況下，它對氣缸密封性能的影響也是非常微小的，幾乎等于零。但是，在非正常的情況下，這種跳動對氣缸的密封性能的影響就顯得非常明顯了。</p><p>　　如果氣缸蓋連接螺栓沒有擰緊到規(guī)定的扭矩?cái)?shù)值，那么由這種輕微跳動而引起的氣缸墊磨損就會發(fā)生得更快、更嚴(yán)重。若連接螺栓過松，就會導(dǎo)致氣缸蓋相對與缸體的

45、跳動量增加。如果連接螺栓被擰的過緊，那么就會造成連接螺栓的受力超過它的屈服強(qiáng)度極限，從而導(dǎo)致連接螺栓的拉長超過它的設(shè)計(jì)容限值，這樣也會造成氣缸蓋的跳動量增加，加速氣缸蓋密封墊的磨損。使用正確的扭矩規(guī)定值，且按照正確的次序擰緊連接螺栓，就可以使氣缸蓋相對與缸體的跳動降低到最小，從而保證氣缸蓋的密封質(zhì)量。</p><p>　　三、氣缸蓋或缸體平面度過大</p><p>　　翹曲和扭曲是氣缸蓋常

46、常出現(xiàn)的問題，也是造成氣缸墊片屢燒的主要原因。特別是鋁合金氣缸蓋表現(xiàn)得更為突出，這是因?yàn)殇X合金材料具有很高的熱傳導(dǎo)效率，同時(shí)氣缸蓋與氣缸體相比，又顯得比較小和薄，那么鋁合金氣缸蓋的溫度上升得快。當(dāng)氣缸蓋變形時(shí)，它與缸體平面接合就會不嚴(yán)實(shí)，那么，氣缸的密封質(zhì)量就下降，造成漏氣而燒壞氣缸墊片，從而進(jìn)一步使氣缸的密封質(zhì)量惡化。如果氣缸蓋出現(xiàn)嚴(yán)重的翹曲變形的話，就必須將其更換掉。</p><p>　　在發(fā)動機(jī)大修或更換氣

47、缸墊片時(shí)，均應(yīng)對氣缸蓋和缸體的接合面仔細(xì)進(jìn)行檢查。其一般標(biāo)準(zhǔn)要求為：對于整體式氣缸蓋，在氣缸蓋橫向全長與縱向長度為300MM范圍內(nèi)平面度≯0.1MM;對于分開式氣缸蓋，在氣缸蓋橫向全長與縱向全長范圍內(nèi)平面度≯0.15MM。氣缸體在其橫向全長與縱向長度小于600MM的范圍內(nèi)，其平面度≯0.05MM;氣缸體在其橫向全長與縱向長度大于600MM的范圍內(nèi)，其平面度≯0.10MM。對于氣缸蓋及缸體平面度超出要求的，應(yīng)進(jìn)行修整以達(dá)到技術(shù)要求。<

48、;/p><p>　　四、氣缸表面冷卻不均勻</p><p>　　氣缸表面不均勻冷卻會形成局部熱點(diǎn)。局部熱點(diǎn)會導(dǎo)致氣缸蓋或氣缸體上小區(qū)域的金屬產(chǎn)生過度膨脹，這種膨脹會使氣缸蓋密封墊片遭到擠壓并損壞。由于氣缸墊片的損壞導(dǎo)致泄露和腐蝕的產(chǎn)生，并最終被燒穿。</p><p>　　如果在還沒有找到產(chǎn)生局部熱點(diǎn)的原因的時(shí)候，就更換了氣缸墊片，這將是無濟(jì)于事的，因?yàn)楦鼡Q的氣缸墊片最后

49、還是會被燒壞的。局部熱點(diǎn)還會導(dǎo)致氣缸蓋本身產(chǎn)生額外的內(nèi)應(yīng)力，其結(jié)果使氣缸蓋出現(xiàn)裂紋。如果工作溫度超過了正常的溫度，局部熱點(diǎn)還將產(chǎn)生不可思議的嚴(yán)重的負(fù)面影響。任何過熱情況都會導(dǎo)致氣缸體鑄鐵件產(chǎn)生永久性的扭曲變形。</p><p>　　由于局部熱點(diǎn)產(chǎn)生的過度擠壓，會使密封墊片上受損壞的部位顯著地變薄。變薄的程度可以通過下述測量方法進(jìn)行驗(yàn)證：用測微計(jì)測量失效密封墊片受損壞部位的厚度，然后把測出來數(shù)據(jù)與密封墊片上其它部位

50、的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。</p><p>　　如果通過你的檢查發(fā)現(xiàn)在密封墊片上有被擠壓的跡象，這時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)一步檢查氣缸蓋和氣缸體的相應(yīng)表面，檢查在其相應(yīng)表面是否有表面損傷。用直尺和塞尺測量氣缸蓋和氣缸體各表面的平面度，如果任何一個表面受到損傷或出現(xiàn)不平現(xiàn)象，在安裝密封墊片時(shí)，必須重新修復(fù)這些表面，以保證良好的密封性。</p><p>　　五、由冷卻液中的添加劑相關(guān)的問題</p>&

51、lt;p>　　當(dāng)冷卻液中加入冷卻劑時(shí)，就有可能會產(chǎn)生氣泡。冷卻系統(tǒng)中的氣泡會導(dǎo)致氣缸蓋密封墊片失效。當(dāng)冷卻系中有氣泡時(shí)，冷卻液便不能在系統(tǒng)中進(jìn)行正常的循環(huán)，因此發(fā)動機(jī)就得不到均勻的冷卻，就會出現(xiàn)局部熱點(diǎn)，使氣缸墊片損壞，導(dǎo)致密封不良。所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)的均勻冷卻，加入冷卻劑時(shí)，必須把空氣排出發(fā)動機(jī)。</p><p>　　有時(shí)，冷卻劑可能會對雙金屬材料的發(fā)動機(jī)氣缸蓋密封墊片產(chǎn)生一些問題。例如將防腐劑加進(jìn)

52、到冷卻劑中，可以來保護(hù)各種不同的金屬。但在雙金屬材料發(fā)動機(jī)中，這種添加劑最后會形成鋁酸鹽，而鋁酸鹽則會附著在散熱器管的內(nèi)壁，這就會降低冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，還可能導(dǎo)致密封墊片失效。在這種情況下，就需要對管路進(jìn)行完全徹底的清洗。在更嚴(yán)重的情況下，如管路發(fā)生堵塞時(shí)，唯一的辦法就是更換散熱器了。在散熱器剛出現(xiàn)問題時(shí)，就更換散熱器，要比在發(fā)動機(jī)受損后，在檢查或更換氣缸蓋的密封墊片的時(shí)候再更換散熱器，通常要經(jīng)濟(jì)和簡單的多。</p>&

53、lt;p>　　有的機(jī)手在冬季使用防凍液，夏季時(shí)改用水，認(rèn)為這樣經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。其實(shí)這樣做后患無窮，因?yàn)樗械牡V物質(zhì)易產(chǎn)生水垢而粘浮在水套、散熱器和水溫傳感器，使發(fā)動機(jī)溫度控制失準(zhǔn)而導(dǎo)致過熱，甚至引起發(fā)動機(jī)氣缸墊沖壞、氣缸蓋翹曲變形、拉缸和燒瓦等故障。因此，在夏季也應(yīng)使用防凍液。</p><p>　　六、柴油機(jī)維修、裝配質(zhì)量差</p><p>　　發(fā)動機(jī)的維修及裝配質(zhì)量差，是導(dǎo)致發(fā)動機(jī)氣缸蓋

54、密封質(zhì)量的主要原因，也是造成氣缸墊片燒損的主要因素。為此，在修配發(fā)動機(jī)時(shí)，要嚴(yán)格按照有關(guān)要求去做。要正確拆裝氣缸蓋。氣缸蓋拆裝是否正確，是延長氣缸墊的使用壽命和防止氣缸蓋變形的重要保證。</p><p>　　在拆裝氣缸蓋時(shí)，應(yīng)在冷機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，嚴(yán)禁在熱機(jī)狀態(tài)下拆卸，以防氣缸蓋出現(xiàn)翹曲變形。拆卸時(shí)應(yīng)從兩邊向中間對稱分多次逐漸松開。若氣缸蓋與氣缸體結(jié)合牢固取下困難時(shí)，嚴(yán)禁用金屬物敲擊或用尖銳硬器物嵌入縫口硬撬(有效的

55、方法是用啟動機(jī)帶動曲軸旋轉(zhuǎn)或搖轉(zhuǎn)曲軸旋轉(zhuǎn)，靠氣缸內(nèi)產(chǎn)生的高壓氣體將其頂開)，以防劃傷缸體與氣缸蓋的接合面或損傷氣缸墊。</p><p>　　在裝配氣缸蓋時(shí)，首先要清除氣缸蓋與氣缸的接合表面及氣缸體螺栓孔內(nèi)的油污、炭粒、鐵銹和其它雜質(zhì)，并用高壓氣體吹干凈。以免產(chǎn)生螺栓對缸蓋的壓緊力不足。在緊固氣缸蓋螺栓時(shí)，應(yīng)分3—4次由中間向兩邊對稱擰緊，最后一次要達(dá)到規(guī)定的扭力矩，且誤差≯2%，對于鑄鐵氣缸蓋在熱機(jī)溫度達(dá)到80℃

56、后，應(yīng)按規(guī)定力矩再重新擰緊連接螺栓。而對于雙金屬材料發(fā)動機(jī)，就應(yīng)該在發(fā)動機(jī)冷卻以后，再進(jìn)行這樣的重新擰緊操作。</p><p>　　七、選用不適當(dāng)?shù)娜加?lt;/p><p>　　由于不同結(jié)構(gòu)類型的柴油發(fā)動機(jī)，對柴油的十六烷值有不同的要求。如果選用的燃油不合乎要求，不僅會造成經(jīng)濟(jì)性和動力性下降，而且還會引起柴油發(fā)動機(jī)大量的積炭或不正常的燃燒，導(dǎo)致機(jī)體局部溫度過高，造成氣缸墊及機(jī)體的燒蝕，使氣缸蓋

57、的密封性能下降。所以，柴油發(fā)動機(jī)的柴油十六烷值的選用必須符合使用規(guī)定要求。</p><p>　　八、柴油機(jī)使用方法不當(dāng)</p><p>　　有一些機(jī)手因怕發(fā)動機(jī)熄火，故在啟動發(fā)動機(jī)時(shí)，總是連續(xù)猛轟油門，或當(dāng)發(fā)動機(jī)一啟動時(shí)就讓發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，以此來維持發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài);在車輛行駛過程中，經(jīng)常脫檔熄火滑行，而后掛檔強(qiáng)制啟動發(fā)動機(jī)。在這樣情況下工作的發(fā)動機(jī)不僅增加了發(fā)動機(jī)的磨損，而且使氣缸內(nèi)的壓

58、力急劇上升，極易沖壞氣缸墊片，導(dǎo)致密封性能下降。另外，發(fā)動機(jī)經(jīng)常超負(fù)荷地工作(或點(diǎn)火過早)，長時(shí)間爆震燃燒，造成氣缸內(nèi)的局部壓力和溫度過高，此時(shí)也損壞氣缸墊片，使其密封性能下降。</p><p><b>　　3.2 試驗(yàn)</b></p><p>　　3.2.1 試驗(yàn)方法</p><p>　　用FUJI感壓法測試機(jī)體頂平面和氣缸墊、氣缸套和氣缸墊

59、之間的接觸壓力。FUJI感應(yīng)紙分為雙層感應(yīng)紙和單層感應(yīng)紙兩種。雙層感應(yīng)紙由兩層聚脂基中間襯一微囊含液層、彩色形成層組成(見圖1) ;單層感應(yīng)紙由聚脂基、微囊含液層、彩色形成層組成。</p><p>　　圖3.1　雙層感應(yīng)紙的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3.2 試驗(yàn)原理和環(huán)境</p><p>　　當(dāng)壓力施加在感應(yīng)紙上時(shí),感應(yīng)紙中含有彩色液體的微囊破裂,其中的彩色液

60、體在彩色形成層上生成與壓力相對應(yīng)的彩色圖形,含液微囊通過顆粒尺寸控制技術(shù)( PSC)制成對 .于各種不同的壓力等級尺寸,其相應(yīng)壓力以不同的密度釋放出顏色,從而形成壓力分布圖形。</p><p>　　測試時(shí),將感壓紙置于被測部位,施加壓力,拆下感壓紙,用顯像密度儀和感應(yīng)讀取儀處理,得到壓力分布數(shù)據(jù)。對鋼質(zhì)氣缸墊分別進(jìn)行螺栓預(yù)緊工況下的高壓解析( 130 MPa)和低壓解析( 50 MPa)試驗(yàn),試驗(yàn)條件如表1所示。

61、</p><p>　　表3.1　缸墊試驗(yàn)條件</p><p>　　3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　面壓試驗(yàn)高壓解析結(jié)果(見圖3.2)表明,缸口部位密封線連續(xù),密封帶最小壓應(yīng)力發(fā)生在第3 缸最右側(cè),感應(yīng)紙顯示為黃色,對應(yīng)于90 MPa的壓力,可以有效地密封氣體; 油孔密封有效壓應(yīng)力超過30 MPa,可以有效地密封潤滑油;水孔附近為大平面接觸,對水孔很難

62、形成有效密封,在面壓試驗(yàn)中看不到水孔附近的密封帶。在低壓解析圖(見圖3.3)上可以看到,對冷卻水的密封是依靠缸墊上、下板的凸緣與大平面接觸后形成大于10 MPa的壓力密封帶,形成對冷卻水的間接密封,但是推桿孔側(cè)密封帶壓力較小。</p><p>　　圖3.2　鋼質(zhì)缸墊高壓解析結(jié)果</p><p>　　圖3.3 鋼質(zhì)缸墊低壓解析結(jié)果</p><p>　　4 485柴

63、油機(jī)氣缸墊密封性有限元分析</p><p>　　4.1 實(shí)體模型的建立</p><p>　　為了更好地模擬實(shí)際情況,用Pro/E創(chuàng)建485柴油機(jī)的機(jī)體、缸蓋等主要零件和附件,485柴油機(jī)機(jī)體模型如圖4.1所示, 485柴油機(jī)Pro/E模型如圖4.2所示。用Pro/E畫整機(jī)的圖時(shí)，先畫下部分的機(jī)體，再畫缸蓋，最后再用Pro/E組裝成整機(jī)模型。485柴油機(jī)整機(jī)模型如圖4.3所示, 485柴油機(jī)

64、氣缸墊實(shí)體照片如圖4.4所示。缸墊的實(shí)體模型(見圖4.5)由三層組成,上層和下層有臺階(見圖4.6 ) ,其中對缸墊內(nèi)部線面接觸的部分做了合理的簡化,避免因在有限元模型中出現(xiàn)線-面接觸而導(dǎo)致計(jì)算不收斂現(xiàn)象,其他部位都按照真實(shí)缸墊精確造型。</p><p>　　圖4.1　485柴油機(jī)機(jī)體模型</p><p>　　圖4.2 485柴油機(jī)Pro/E模型</p><p>

65、;　　圖4.3 485柴油機(jī)整機(jī)模型</p><p>　　圖4.4 485柴油機(jī)氣缸墊實(shí)體照片</p><p>　　圖4.5　485柴油機(jī)的實(shí)體氣缸墊Pro/E模型</p><p>　　圖4.6　 485柴油機(jī)氣缸墊臺階的有限元模型</p><p>　　4.2 有限元模型的建立</p><p>　　該缸墊結(jié)構(gòu)復(fù)雜,

66、 最多處有4 層鋼板, 單層厚度小(0.6 mm ) 、面積大,本文采用六面體線形縮減單元劃分。其網(wǎng)格模型如圖4.7所示,鋼質(zhì)氣缸墊的有限元模型單元數(shù)為136363,節(jié)點(diǎn)數(shù)為245361。而機(jī)體、氣缸蓋等零件用四面體單元劃分,整個組合件模型的單元數(shù)為1482978,節(jié)點(diǎn)數(shù)為563278。</p><p>　　圖4.7 485柴油機(jī)氣缸墊有限元模型</p><p>　　4.3 邊界條件和載

67、荷的施加</p><p>　　在飛輪殼與離合器連接的圓周上取4個對稱的螺栓位置施加y,z方向位移約束,在左懸架的安裝螺栓位置施加全約束, 右懸架的安裝螺栓位置施加x, y方向位移約束,機(jī)體和各零件間施加接觸邊界,實(shí)現(xiàn)接觸模擬。</p><p>　　約束條件應(yīng)正確反映實(shí)際工況，其合理性對有限元分析非常重要，如施加不合適，有可能導(dǎo)致求解困難或不能求解。約束邊界條件包括位移邊界條件、接觸邊界條件

68、和載荷邊界條件。</p><p>　　4.3.1 位移邊界條件</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，約束機(jī)體底部的６個自由度，即機(jī)體底部完全固定，同時(shí)約束機(jī)體剖分面的水平位移，模擬對稱邊界條件。</p><p>　　4.3.2 接觸邊界條件</p><p>　　氣缸墊密封是由密封墊受壓發(fā)生變形，并同金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行緊密接觸，其接觸力和內(nèi)壓進(jìn)行平衡

69、來實(shí)現(xiàn)密封效果的。接觸問題是明顯的狀態(tài)非線性，其復(fù)雜性是由于系統(tǒng)狀態(tài)的改變，即由物體間接觸、分離造成的。接觸問題的數(shù)值方法主要是處理接觸邊界的問題，可采用罰單元法描述接觸問題。從變分角度看，結(jié)構(gòu)的總勢能可表示為：</p><p>　　Π ＝Ｗ ＋Ｗｅ＋Ｑ</p><p>　　式中Ｗ 為應(yīng)變勢能；Ｗｅ為外力勢能；Ｑ為接觸力勢能。</p><p>　　通過罰單元給出Ｑ

70、的表達(dá)式。</p><p>　　定義氣缸墊、氣缸蓋、機(jī)體相互接觸的表面之間為面—面接觸、小滑移接觸類型，在接觸屬性中定義庫侖摩擦系數(shù)，并設(shè)置合理的剛度系數(shù)。因?yàn)橹饕芯繗飧讐|的接觸，且氣缸墊材料相對于其他零件軟，因此分別定義氣缸蓋和機(jī)體為主面（目標(biāo)面），氣缸墊為從面（接觸面），并相應(yīng)的細(xì)化氣缸墊網(wǎng)格。螺栓為緊固零件，使用 tie 連接將其固定于機(jī)體和氣缸蓋上。計(jì)算時(shí)，程序根據(jù)接觸面間在變形后的接觸狀態(tài)，自動進(jìn)行接

71、觸力的傳遞，由此完成接觸模擬。</p><p>　　4.3.3載荷邊界條件</p><p>　　影響氣缸墊接觸應(yīng)力的載荷因素主要有螺栓預(yù)緊力、燃?xì)鈮毫?。螺栓擰緊時(shí)，在氣缸墊上產(chǎn)生一定的接觸壓力會抵抗燃?xì)鈮毫Φ淖饔眠_(dá)到密封效果，該壓力的大小決定了氣缸墊密封的可靠性。每氣缸氣缸蓋的各螺栓預(yù)緊力一致，定義螺栓的預(yù)緊力為最大燃?xì)鈮毫Φ模玻当蹲笥?，即Fbolt＝２．５×ＰπＤ２／４ｎ&l

72、t;/p><p>　　式中 P 為最大燃?xì)鈮毫Γ?7MPa ； D為缸徑，85 mm；ｎ為螺栓個數(shù)，12個。確定螺栓預(yù)緊力為277 kN。</p><p>　　4.3.4　螺栓預(yù)緊工況</p><p>　　施加氣缸蓋螺栓、水泵螺栓和飛輪殼螺栓等預(yù)緊力,按照設(shè)計(jì)手冊中螺栓預(yù)緊力計(jì)算公式可得各種螺栓的預(yù)緊力,如表2所示。</p><p>　　4.3.

73、5　工作工況</p><p>　　在螺栓預(yù)緊工況的基礎(chǔ)上,施加工作缸的爆發(fā)壓力、主軸承座支反力和機(jī)體、缸套和氣缸墊的溫度場。爆發(fā)壓力直接作用在氣缸蓋上,其大小為14. 9 MPa,溫度場計(jì)算借用同類機(jī)型的實(shí)測值,缸墊的缸口部位溫度為527 ℃,在ANSYS中計(jì)算得到缸墊的溫度場。</p><p>　　表4.1　機(jī)體組件上的螺栓預(yù)緊力</p><p>　　4.4 在螺

74、栓預(yù)緊工況下有限元計(jì)算結(jié)果分析</p><p>　　為了和試驗(yàn)作對比,調(diào)整計(jì)算結(jié)果顯示的壓力范圍與試驗(yàn)壓應(yīng)力一致,計(jì)算結(jié)果如圖4.8、圖4.9所示。對比圖3.2和圖4.8、圖3.3和圖4.9可以看到計(jì)算的壓力云圖和面壓試驗(yàn)結(jié)果基本一致。</p><p>　　圖4.8 　485柴油機(jī)鋼質(zhì)缸墊計(jì)算結(jié)果高壓解析</p><p>　　圖4.9　485柴油機(jī)鋼質(zhì)缸墊計(jì)算結(jié)果低

75、壓解析</p><p>　　在預(yù)緊工況下,各缸壓應(yīng)力分布基本相同, 1 , 4缸由于有水泵螺栓和飛輪殼螺栓的影響,和2, 3缸稍有不同。在預(yù)緊工況下,對缸內(nèi)氣體、水孔和潤滑油孔的密封情況分析如下文所述。</p><p>　　4.4.1 缸口部位的密封分析</p><p>　　如圖4.11所示,缸口部位密封圈上能夠形成連續(xù)的密封環(huán)帶,并且連續(xù)密封環(huán)上最大壓應(yīng)力超過15

76、0 MPa,最小壓應(yīng)力為80 MPa,最小壓應(yīng)力出現(xiàn)在兩缸之間和靠近推桿孔側(cè),完全滿足對缸內(nèi)氣體密封的要求。兩缸之間壓力比較薄弱的原因主要是由于第2, 3, 4對缸蓋螺栓的預(yù)緊力由2個缸分擔(dān),但是第1, 5對缸蓋螺栓的預(yù)緊力僅分別作用于第1, 4缸,使得在相同擰緊力矩下2 , 3 , 4缸套和缸墊接觸壓力減小;推桿孔側(cè)壓力比較薄弱,究其原因,一方面,缸口周圍的剛度對其接觸壓力影響很大,從機(jī)體的結(jié)構(gòu)上看,推桿孔側(cè)剛度相對較弱,導(dǎo)致缸口密封

77、壓力減小;另一方面,推桿孔側(cè)缸墊和機(jī)體接觸面積比另一側(cè)大,也導(dǎo)致缸口部位推桿側(cè)接觸比壓下降;還有,推桿孔上有橡膠包邊,在氣缸螺栓預(yù)緊力的作用下被壓實(shí),有一定厚度,抵消了一部分螺栓預(yù)緊力,減弱了推桿側(cè)缸墊上壓應(yīng)力。</p><p>　　4.4.2 潤滑油孔的密封分析</p><p>　　在油孔附近壓力比較大, 能達(dá)到50 MPa以上(見圖4.10) ,但此處沒有必要有這么大的壓力,由于螺栓位

78、于油孔和氣缸之間,氣缸套高出機(jī)體頂平面0. 11 mm ,所以在螺栓預(yù)緊力的作用下,形成了以氣缸套邊緣為支點(diǎn),以氣缸蓋為力臂的杠桿,造成油孔處壓力比較大。</p><p>　　4.4.3 冷卻水的密封分析　</p><p>　　和非金屬材料的密封墊片不同,鋼質(zhì)缸墊剛度大、變形小,對接觸面的平面度要求相對較高。有限元計(jì)算結(jié)果顯示,在水孔附近沒有形成有效的密封環(huán)帶,而是在缸墊上、下面的臺階部分

79、和機(jī)體、氣缸蓋接觸后形成壓力環(huán)帶(見圖4.12 和圖4.13 )形成對冷卻水的密封,從云圖上可以看到,臺階上大于0. 13 MPa的密封帶連續(xù),可以對冷卻水很好密封。但是臺階密封壓力線在推桿孔側(cè)比進(jìn)氣側(cè)弱,這是由于推桿孔有橡膠包邊,從而抵消了部分臺階與機(jī)體、氣缸蓋的接觸壓力,所以預(yù)計(jì)在工作狀態(tài)下這個部位有滲水的可能性。</p><p>　　圖4.10　油孔周圍壓力</p><p>　　圖4

80、.11 　缸口部位壓力最小處</p><p>　　圖4.12 　對冷卻水密封的臺階機(jī)體側(cè)</p><p>　　圖4.13 　對冷卻水密封的臺階氣缸蓋側(cè)</p><p>　　4.5 工作工況的485柴油機(jī)氣缸墊受力分析</p><p>　　從工作工況計(jì)算結(jié)果可以看出,爆發(fā)缸缸口部位最小密封壓力達(dá)到18 MPa,在兩缸之間和推桿孔一側(cè),能夠?qū)Ω?/p>

81、內(nèi)氣體有效地密封(見圖4.14) ;油孔附近密封壓力過大,達(dá)到50 MPa以上;缸墊臺階的密封壓力帶在爆發(fā)缸推桿孔側(cè)有間斷點(diǎn)(見圖4.15 ) ,所以該缸墊在工作工況下有滲水的可能性,可以針對性的在推桿孔附近水孔部位涂硅橡膠,達(dá)到對冷卻水密封的要求。</p><p>　　圖4.14　工作工況下缸口部位的應(yīng)力分布</p><p>　　圖4.15　 氣缸墊工作工況計(jì)算結(jié)果</p>

82、<p><b>　　4.6 結(jié)論</b></p><p>　　（1)應(yīng)用在485柴油機(jī)上的鋼質(zhì)氣缸墊, 其密封效果和本身結(jié)構(gòu)及材料有很大關(guān)系,機(jī)體結(jié)構(gòu)對其影響也很大。本鋼質(zhì)氣缸墊能夠很好的對燃?xì)鈮毫蜐櫥兔芊?對冷卻水的密封決定鋼質(zhì)氣缸墊能否應(yīng)用在強(qiáng)化柴油機(jī)上的關(guān)鍵。</p><p>　?。?）氣缸墊等效應(yīng)力結(jié)果偏大，會引起凸緣銜接處的應(yīng)力集中，也不利于

83、墊片材料的回彈，其大小可以通過螺栓預(yù)緊力控制。</p><p>　?。?)利用有限元技術(shù),創(chuàng)建精確的485柴油機(jī)氣缸墊有限元模型,可以很好地模擬計(jì)算鋼質(zhì)氣缸墊的密封性能,且計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果比較吻合。</p><p>　?。?)485柴油機(jī)氣缸墊在工作過程中有輕微地隨機(jī)滲水現(xiàn)象,計(jì)算結(jié)果很好的證實(shí)了這一點(diǎn),并且在計(jì)算模型上可以判斷出滲水部位,從而有針對性的改進(jìn)缸墊結(jié)構(gòu)。</p>

84、<p><b>　　5 總結(jié)和展望</b></p><p>　　一、本文所做工作總結(jié)</p><p>　　基于ANSYS的485柴油機(jī)氣缸墊有限元分析使我在氣缸墊密封原理以及有限元軟件分析上受到了很好的訓(xùn)練。對于所學(xué)知識，有了一次綜合運(yùn)用的機(jī)會。</p><p>　　學(xué)習(xí)ANSYS的時(shí)間較短，加之英文操作界面，使得在ANSYS的運(yùn)

85、用上遇到不少困難。首先對課題進(jìn)行研究，認(rèn)識到這屬于接觸應(yīng)力力學(xué)分析。在對問題認(rèn)識清楚后，采用了墊片單元INTER195建立了氣缸墊模型，施加約束后對其進(jìn)行了密封性分析。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我熟悉了 ANSYS 操作步驟，從定義單元類型到建模到結(jié)果分析，有了明確的思路和整體的認(rèn)識。了解了一般問題進(jìn)行ANSYS求解的步驟方法。而且，我還認(rèn)識到不同的工程問題，ANSYS 在定義時(shí)是根據(jù)實(shí)際情況定義的

86、，沒有固定的方式、方法。</p><p><b>　　二、工作展望</b></p><p>　　本次畢設(shè)是一個工程問題的實(shí)際應(yīng)用型課題，在我國，機(jī)械產(chǎn)業(yè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并且與之相關(guān)的檢測、質(zhì)保、維護(hù)產(chǎn)業(yè)也沒有很好的發(fā)展。近年來，國家對于機(jī)械制造業(yè)有了大力的發(fā)展和推動，同時(shí)對于其相關(guān)產(chǎn)業(yè)也有大幅度的推進(jìn)。ANSYS是大型的通用有限元軟件，其功能強(qiáng)大，可靠性好

87、，具有強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析能力和優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，因而被國內(nèi)外大多數(shù)機(jī)械行業(yè)所采用。ANSYS作為工程問題解決的重要手段之一，也被得到重視、推廣。ANSYS可以模擬結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域的各種復(fù)雜物理現(xiàn)象。因此，ANSYS軟件在我國的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、航空航天、交通、化工和能源、電子等行業(yè)得到了巨大的應(yīng)用，將來會為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和產(chǎn)品開出做出巨大貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

88、</b></p><p>　　[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(上冊)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:53-54.</p><p>　　[2] 王鳳歧、張連洪.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M].天津:天津大學(xué)出版社.2009:70-102.</p><p>　　[3] 傅永華，有限元分析基礎(chǔ)[M]，武漢：武漢大學(xué)出版社, 2003:46-76.</p>

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90、lt;p>　　[8] 余志生. 汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:45-53.</p><p>　　[9] 袁兆成.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:120-134.</p><p>　　[10]魏海軍,孫培延,尹峰,等. 基于油液檢測的柴油機(jī)臺架磨合過程研究[ J ]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào), 2005(1): 88-91.</p><p&g

91、t;　　[11] 曹茉莉. 直噴式柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有限元計(jì)算與分析[ D ]. 鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué), 2000.</p><p>　　[ 12 ] 白敏麗,丁鐵新,呂繼組,等. 活塞組-氣缸套耦合傳熱模擬[ J ]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào), 2005 ( 3) : 168-175.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　白駒過隙、

92、逝者如斯，我在邵陽學(xué)院的大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，驀然回首萬千感慨！</p><p>　　在課題完成之際，首先感謝我尊敬的導(dǎo)師——袁教授，是他的悉心指導(dǎo)，才使得我的課題順利完成。在這三個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，袁教授不僅在課題的研究方法上指導(dǎo)我，更是鼓勵我對ANSYS的學(xué)習(xí)。通過頻繁的交流，袁老師讓我對自己迷茫的前途看得清晰。袁老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，平易近人的性格都給我十分深刻的印象。我的每一點(diǎn)進(jìn)步，無不凝聚著導(dǎo)師的巨大

93、心血，是我今后工作和學(xué)習(xí)的楷模。袁老師對我最后論文的撰寫傾注了大量的心血，從論文的內(nèi)容、格式、修改直至最終定稿都給予了精心的指導(dǎo)。謹(jǐn)向我尊敬的導(dǎo)師表示最誠摯的謝意。</p><p>　　感謝伏軍老師，唐寧老師，唐維新教授的指導(dǎo)，車輛工程教研室的各位老師所教授的汽車專業(yè)知識是我可能完成這資設(shè)計(jì)的前提，每次去車輛工程教研室都能得到老師的殷切的指導(dǎo)。</p><p>　　最后，深深感謝我最敬愛的