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柴油机过盈装配连杆衬套孔径收缩量的仿真分析

作　者: 范校尉
导　师: 樊文欣
学　校: 中北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 连杆衬套 孔径收缩 有限元 接触 油槽
分类号: TK426
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


连杆衬套孔径的设计关乎配合间隙的大小,配合间隙过小,活塞销会活动不灵活,甚至被咬死;间隙过大则易产生敲击和噪声,引起衬套损坏或连杆弯扭变形。适当的间隙,用以形成油膜,起到润滑及承载的作用。连杆衬套压入连杆小头后,由于受径向压力作用,内孔将产生一定的收缩变形,使衬套内孔与活塞销的配合间隙发生变化,改变了原来间隙的配合性质,甚至造成装配困难,只能重新铰孔或修刮来达到孔公差的要求和解决不便装配的问题。为免去修刮程序,提高工作效率,本课题运用弹性变形理论,对衬套的孔径收缩变形情况进行理论分析和有限元仿真分析。本文主要研究了:1)在弹性变形理论的基础上,理论计算压配过盈下的孔径收缩量,修正孔径加工尺寸公差带,并分析计算工作过盈下的孔径收缩和工作间隙取值。2)研究衬套材料的弹性模量、结构尺寸及与连杆小头配合过盈量等相关参数对孔径收缩的影响。3)运用ANSYS仿真分析,比较圆筒形衬套与梯型衬套、卷制双金属衬套与整体式锡青铜衬套的孔径收缩情况。4)考虑油槽结构对衬套有一定的影响,通过有限元接触仿真,分析了油槽对衬套变形的影响。比较了记入油槽和不记油槽的孔径收缩变形,研究了油槽宽度、相对深度对收缩变形的影响。5)分析连杆衬套承受载荷状况,仿真研究衬套在预紧、拉伸、压缩工况下的应变及应力分布情况,并通过热结构耦合,分析了工作温度下衬套的应变及应力状态。上述研究表明:影响连杆衬套孔径收缩的主要因素有压配过盈量、材料特性、结构尺寸,而油槽结构特性的影响微小。当过盈一定时,工作温度下的圆筒型锡青铜衬套具有较好的收缩变形。周向油槽对衬套孔径收缩影响不大,但对衬套的润滑状况不容忽视。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 柴油机连杆衬套孔径收缩分析的背景及意义  9-10
  1.2 连杆衬套孔径收缩计算的国内外研究现状  10-16
    1.2.1 连杆衬套的技术发展概况  10-11
    1.2.2 理论形成与应用  11-12
    1.2.3 国内外相关研究  12-15
    1.2.4 国外相关研究  15-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-18
2 连杆衬套弹性理论基础  18-39
  2.1 圆筒紧配合弹性理论概述  18-19
  2.2 连杆衬套的结构及受力分析  19-24
    2.2.1 连杆衬套结构概述  19-20
    2.2.2 油槽结构特性  20-22
    2.2.3 连杆衬套受力分析  22-24
  2.3 压配状态下的衬套应力应变分析  24-31
    2.3.1 压配过盈应力求解计算  24-25
    2.3.2 压配过盈应变求解计算  25-29
    2.3.3 衬套孔径变形相关参数分析  29-31
  2.4 工作状态下的衬套变形分析  31-32
  2.5 不同载荷工况下的力学分析  32-35
  2.6 热变形对间隙配合的理论分析  35-37
  2.7 本章小结  37-39
3 连杆衬套的有限元接触分析  39-59
  3.1 接触问题分类  39
  3.2 有限元接触问题概述  39-42
    3.2.1 接触问题的基本定义  39-41
    3.2.2 接触问题的算法  41-42
    3.2.3 参数化设计语言（APDL）  42
  3.3 有限元模型建立  42-44
  3.4 衬套接触特性分析  44-52
    3.4.1 整体式锡青铜衬套与双金属衬套应力应变  44-45
    3.4.2 圆筒形衬套与梯型衬套变形比较  45-48
    3.4.3 不同载荷工况下的接触变形分析  48-52
  3.5 油槽对衬套应力应变的仿真分析  52-58
    3.5.1 记入油槽的衬套应力应变分析求解  52-56
    3.5.2 油槽结构特性对孔径收缩的影响  56-58
  3.6 本章小结  58-59
4 连杆衬套的热结构耦合分析  59-69
  4.1 热分析概述  59
  4.2 热应力模型的建立  59-60
  4.3 热结构耦合分析  60-67
    4.3.1 不记油槽的耦合分析  63-64
    4.3.2 记油槽影响的耦合分析  64-67
  4.4 两种材质连杆衬套随温度变化的应力应变分析  67-68
  4.5 本章小结  68-69
5 结论与展望  69-71
  5.1 全文总结  69-70
  5.2 工作展望  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 制造工艺、安装
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