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柴油发动机缸垫密封可靠性技术研究

作　者: 孙嵩楠
导　师: 李卫民
学　校: 辽宁工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 缸垫密封有限元仿真技术可靠性 CAD/CAE
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在现代柴油发动机的气缸密封结构中，气缸垫起着至关重要的作用，其密封性能的优劣显得尤为重要，直接影响到柴油发动机工作的安全性和可靠性。因此，随着柴油发动机功率的提高，为了保证气缸密封的可靠性，对气缸垫的设计方法、结构和材料提出了更高的要求。其中能否对气缸垫密封性做出准确判断并保证良好的密封性能已成为缸垫设计的重要依据。本文吸收了国内外相关设计、分析技术的先进理论和设计方法，通过应用有限元仿真分析技术对柴油发动机密封性能进行了详尽的分析。其中包括柴油发动机气缸垫在装配阶段螺栓预紧力的优化分析、柴油发动机气缸垫密封结构应力分析、最大爆破压力密封性能分析和柴油发动机工况下气缸垫密封性能瞬态分析；深入研究柴油发动机工况下其它因素对气缸垫工作时密封性能的影响，特别是柴油发动机工作时发热因素的影响；通过柴油发动机热稳态和热结构分析，观察气缸垫的热载荷分布及密封性能的影响；经过实验对比和数据反馈，找出提升柴油发动机气缸垫密封性能的因素，确定改善方案，从而提升产品的可靠性的方法，该方法改善了传统单独依靠经验设计难以满足现代设计的精度要求的缺点，从而大大提高试验精度和效率，为柴油发动机密封技术研究及探索气缸垫工作的可靠性和失效准则提供了可靠的理论依据。最后，本文以WD615柴油发动机气缸垫为例，完善了产品的分析、设计及加工仿真全过程，实现了产品从开发到生产的完整仿真试验的目的。综上所述，本文的研究为柴油发动机密封性能的问题的解决提供了有力的技术支撑，其依靠CAD/CAE/CAM技术对柴油发动机缸垫进行设计验证、缺陷修改并减少其对于物理实验的依赖起重要作用和应用价值。特别是提高了企业新产品开发、制造的效率，缩短了新产品的开发周期，改进了产品设计方法，提高了制造的质量，降低了开发成本，并使企业形成了一种全新的新产品设计开发理念，具有广阔的应用前景和竞争力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题的来源、研究背景和目的  8-9
  1.2 国内外研究发展现状  9-12
    1.2.1 CAE 技术的发展概况  9
    1.2.2 汽车工业 CAD/CAE 技术的国内外发展现状  9-10
    1.2.3 柴油发动机气缸垫的发展概况  10-12
  1.3 课题的研究方法  12-13
  1.4 课题的研究意义  13-15
2 柴油发动机气缸垫结构密封性能有限元分析  15-32
  2.1 有限元分析理论及 CAE 软件 ANSYS WorkBench  15-18
    2.1.1 有限元分析理论及其发展历程  15-17
    2.1.2 CAE 软件 ANSYS WorkBench 简介  17-18
  2.2 WD615 柴油发动机气缸燃烧空间密封系统数字模型的建立  18-22
    2.2.1 数字建模软件 SolidWorks 简介  18
    2.2.2 数字模型的建立及其装配仿真  18-22
  2.3 WD615 柴油发动机气缸垫密封性能分析  22-29
    2.3.1 数字模型的简化  22-23
    2.3.2 分析类型的确定、导入数字模型及材料属性的分配  23
    2.3.3 模型网格类型的分析和选择  23-24
    2.3.4 装配体有限元分析接触对的选择  24-26
    2.3.5 边界条件的确定  26-27
    2.3.6 气缸垫密封性能有限元分析  27-29
    2.3.7 有限元实验结果分析  29
  2.4 有限元仿真分析结果与物理实验对比  29-31
  2.5 本章小结  31-32
3 WD615 柴油发动机气缸垫密封性能的有限元优化设计  32-37
  3.1 WD615 柴油发动机螺栓预紧力优化分析  32
  3.2 气缸垫密封关键结构优化设计  32-34
  3.3 有限元分析结果的提取与处理  34-35
  3.4 优化分析之后与物理实验进行对比分析  35-36
  3.5 本章小结  36-37
4 WD615 柴油发动机及气缸垫密封性能瞬态分析  37-46
  4.1 分析模型的确定  37
  4.2 瞬态分析前处理  37-40
  4.3 瞬态分析后处理  40-45
    4.3.1 WD615 柴油发动机整体瞬态分析  40-44
    4.3.2 WD615 柴油发动机气缸垫密封可靠性能瞬态结果分析  44-45
  4.4 本章小结  45-46
5 柴油发动机热稳态及热—结构耦合分析  46-53
  5.1 柴油发动机热稳态和热—结构耦合分析技术的应用  46
  5.2 热稳态分析模型的确定  46-47
  5.3 对流换热系数、温度设置及对流换热面选择与分析  47-49
  5.4 WD615 柴油发动机热稳态结果分析  49-51
  5.5 WD615 柴油发动机气缸垫热—结构分析  51-52
    5.5.1 分析前处理  51
    5.5.2 气缸垫热—结构耦合结果分析  51-52
  5.6 本章小结  52-53
6 WD615 柴油发动机气缸垫冲压模具设计及气缸垫加工仿真  53-59
  6.1 CAD/CAM 冲压成形加工运动仿真技术的应用  53
  6.2 WD615 柴油发动机气缸垫调整板冲压模具设计  53-58
    6.2.1 冲压模具设计软件 LOGOPRESS3 简介  53-54
    6.2.2 成型件分析  54
    6.2.3 创建、编辑料带排样  54-55
    6.2.4 冲头和压力文件的分析  55-56
    6.2.5 调整板冲压模具模架设计  56-57
    6.2.6 模具总装配体  57-58
  6.3 WD615 柴油发动机气缸垫调整板加工仿真  58
  6.4 本章小结  58-59
7 结论和展望  59-61
  7.1 结论  59-60
  7.2 研究展望  60-61
参考文献  61-63
攻读硕士期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64

柴油发动机缸垫密封可靠性技术研究

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