【正文】 考文獻(xiàn)................................................................................................................33致謝........................................................................................................................341 引言 課題的背景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。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(dòng)分析已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，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(zhǎng)，產(chǎn)品成本較高。有限元法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究中說(shuō)顯示出的無(wú)比優(yōu)越性，使其成為企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的有利工具，已經(jīng)越來(lái)越受到工程技術(shù)人員的重視 ?；谟邢拊夹g(shù)分析鋼質(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(méi)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。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。 有限元分析的基本思想有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）的基本思想是用較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替比較復(fù)雜的問(wèn)題后再求解。有限元法的基本思想可歸結(jié)為兩個(gè)方面，一是離散，二是分片插值 。首先，差分法是對(duì)計(jì)算對(duì)象的微分方程和邊界條件進(jìn)行離散，而有限元法是對(duì)計(jì)算對(duì)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(guò)程依然能夠進(jìn)行。同時(shí)由于不能在求解域的不同部位對(duì)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(wèn)題的求解很困難。對(duì)于整個(gè)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。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(dòng)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(wèn)題的研究。分析計(jì)算模塊分析計(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(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)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。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問(wèn)題。ANSYS 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過(guò)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)耦合分析能力。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)單元的流率。這些功能可用來(lái)確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂(lè)大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布 ，或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。可進(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 。Pro/E 軟件的主要特性　　Pro/E 第一個(gè)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(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。Pro/E 采用了模塊方式，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。 　　3． 單一數(shù)據(jù)庫(kù)　　Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(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(lái)。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?！　∫?、氣缸墊片的使用與安裝不正確氣缸墊片是裝在發(fā)動(dòng)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(rùn)滑油躥漏。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。)，且定位孔應(yīng)對(duì)準(zhǔn)氣缸體的定位銷。所以，一般情況下，氣缸墊片不要重復(fù)使用。這些壓力拉長(zhǎng)了氣缸蓋連接螺栓，因此導(dǎo)致氣缸蓋相對(duì)與缸體有一個(gè)輕微的跳動(dòng)。但是，在非正常的情況下，這種跳動(dòng)對(duì)氣缸的密封性能的影響就顯得非常明顯了。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(duì)與缸體的跳動(dòng)降低到最小，從而保證氣缸蓋的密封質(zhì)量。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。氣缸體在其橫向全長(zhǎng)與縱向長(zhǎng)度小于 600MM 的范圍內(nèi)，其平面度≯。局部熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致氣缸蓋或氣缸體上小區(qū)域的金屬產(chǎn)生過(guò)度膨脹，這種膨脹會(huì)使氣缸蓋密封墊片遭到擠壓并損壞。如果工作溫度超過(guò)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。如果通過(guò)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。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(dòng)機(jī)就得不到均勻的冷卻，就會(huì)出現(xiàn)局部熱點(diǎn)，使氣缸墊片損壞，導(dǎo)致密封不良。但在雙金屬材料發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種添加劑最后會(huì)形成鋁酸鹽，而鋁酸鹽則會(huì)附著在散熱器管的內(nèi)壁，這就會(huì)降低冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，還可能導(dǎo)致密封墊片失效。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。為此，在修配發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要嚴(yán)格按照有關(guān)要求去做。拆卸時(shí)應(yīng)從兩邊向中間對(duì)稱分多次逐漸松開(kāi)。在緊固氣缸蓋螺栓時(shí)，應(yīng)分 3—4 次由中間向兩邊對(duì)稱擰緊，最后一次要達(dá)到規(guī)定的扭力矩，且誤差≯2%，對(duì)于鑄鐵氣缸蓋在熱機(jī)溫度達(dá)到80℃后，應(yīng)按規(guī)定力矩再重新擰緊連接螺栓。所以，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油十六烷值的選用必須符合使用規(guī)定要求。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常超負(fù)荷地工作(或點(diǎn)火過(guò)早)，長(zhǎng)時(shí)間爆震燃燒，造成氣缸內(nèi)的局部壓力和溫度過(guò)高，此時(shí)也損壞氣缸墊片，使其密封性能下降。單層感應(yīng)紙由聚脂基、微囊含液層、彩色形成層組成?！「讐|試驗(yàn)條件干溫/℃ 8濕溫/℃ 6氣缸蓋螺栓擰緊力矩/ (N ?m ) 200 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析面壓試驗(yàn)高壓解析結(jié)果()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(duì)應(yīng)于90 MPa的壓力,可以有效地密封氣體?！′撡|(zhì)缸墊高壓解析結(jié)果 鋼質(zhì)缸墊低壓解析結(jié)果4 485柴油機(jī)氣缸墊密封性有限元分析 實(shí)體模型的建立為了更好地模擬實(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)Pro/。　485柴油機(jī)機(jī)體模型 485柴油機(jī)Pro/E模型 485柴油機(jī)整機(jī)模型圖 485 柴油機(jī)氣缸墊實(shí)體照片　485柴油機(jī)的實(shí)體氣缸墊Pro/E模型　 485柴油機(jī)氣缸墊臺(tái)階的有限元模型 有限元模型的建立該缸墊結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 最多處有4 層鋼板, 單層厚度小( mm ) 、面積大,本文采用六面體線形縮減單元?jiǎng)澐帧＜s束條件應(yīng)正確反映實(shí)際工況，其合理性對(duì)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。接觸問(wèn)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。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(kù)侖摩擦系數(shù)，并設(shè)置合理的剛度系數(shù)。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?。　螺栓預(yù)緊工況施加氣缸蓋螺栓、水泵螺栓和飛輪殼螺栓等預(yù)緊力,按照設(shè)計(jì)手冊(cè)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。/N 200277140194 34346190 263 在螺栓預(yù)緊工況下有限元計(jì)算結(jié)果分析為了和試驗(yàn)作對(duì)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、。 缸口部位的密封分析,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(guò)150 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(duì)缸內(nèi)氣體密封的要求。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。但是臺(tái)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(tái)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(gè)部