【正文】 柴油機(jī)采用的是鋼質(zhì)氣缸墊。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是在有限的幾個(gè)方案中比較或是選擇一個(gè)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。 本文的主要研究?jī)?nèi)容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(guó)內(nèi)外大多數(shù)機(jī)械行業(yè)所采用。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)。經(jīng)過(guò)短短數(shù)十年的努力，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?gòu)慕Y(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 。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(duì)每一單元假定一個(gè)合適的（較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域的滿足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件） ，從而得到問(wèn)題的解。離散就是將一個(gè)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(guò)節(jié)點(diǎn)傳遞，通過(guò)離散，一個(gè)連續(xù)體便分割為由有限數(shù)量單元組成的組合體。其次，有限元法的單元形狀并不限于規(guī)則網(wǎng)格，各個(gè)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。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(jiǎn)單的問(wèn)題。 從以上分析可知，有限元法是差分法的一種發(fā)展，又可以看成是里茲法的一種新形式。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊 。后處理模塊后處理模塊可將計(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(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。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 。結(jié)構(gòu)非線性分析結(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。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的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(dòng)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。電磁場(chǎng)分析主要用于電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。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。壓電分析壓電效應(yīng)分析是一種結(jié)構(gòu)－電場(chǎng)耦合分析，給壓電材料加電壓會(huì)產(chǎn)生位移，反之使壓電材料振動(dòng)則產(chǎn)生電壓，一個(gè)典型的壓電分析的應(yīng)用是壓力換能器。 Pro/E 軟件簡(jiǎn)要介紹Pro/Engineer 操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。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。 　　1． 參數(shù)化設(shè)計(jì)相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無(wú)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。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。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(chǎng)，價(jià)格也更便宜。更換發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸墊片是一項(xiàng)慎之又慎的工作。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。由于氣缸墊片缸口卷邊一面(反面)有凸出量，對(duì)與它接觸的平面會(huì)造成壓痕變形。對(duì)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(hào)(如 TOP 或 UP)一面應(yīng)朝向氣缸蓋(不得用普通缸墊代替)。若要重復(fù)使用舊的氣缸墊片時(shí)，在裝配前可放在廢機(jī)油中加熱到 100℃煮 左右。這種輕微的跳動(dòng)就會(huì)使氣缸蓋密封墊片發(fā)生放松和壓緊的過(guò)程，從而加快了氣缸蓋密封墊片的損壞，影響其密封性能。如果氣缸蓋連接螺栓沒(méi)有擰緊到規(guī)定的扭矩?cái)?shù)值，那么由這種輕微跳動(dòng)而引起的氣缸墊磨損就會(huì)發(fā)生得更快、更嚴(yán)重。三、氣缸蓋或缸體平面度過(guò)大翹曲和扭曲是氣缸蓋常常出現(xiàn)的問(wèn)題，也是造成氣缸墊片屢燒的主要原因。在發(fā)動(dòng)機(jī)大修或更換氣缸墊片時(shí)，均應(yīng)對(duì)氣缸蓋和缸體的接合面仔細(xì)進(jìn)行檢查。氣缸體在其橫向全長(zhǎng)與縱向長(zhǎng)度大于 600MM 的范圍內(nèi)，其平面度≯。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。任何過(guò)熱情況都會(huì)導(dǎo)致氣缸體鑄鐵件產(chǎn)生永久性的扭曲變形。用直尺和塞尺測(cè)量氣缸蓋和氣缸體各表面的平面度，如果任何一個(gè)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。所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的均勻冷卻，加入冷卻劑時(shí)，必須把空氣排出發(fā)動(dòng)機(jī)。在這種情況下，就需要對(duì)管路進(jìn)行完全徹底的清洗。其實(shí)這樣做后患無(wú)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(dòng)機(jī)溫度控制失準(zhǔn)而導(dǎo)致過(guò)熱，甚至引起發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸墊沖壞、氣缸蓋翹曲變形、拉缸和燒瓦等故障。要正確拆裝氣缸蓋。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(有效的方法是用啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(kāi))，以防劃傷缸體與氣缸蓋的接合面或損傷氣缸墊。而對(duì)于雙金屬材料發(fā)動(dòng)機(jī)，就應(yīng)該在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻以后，再進(jìn)行這樣的重新擰緊操作。八、柴油機(jī)使用方法不當(dāng)有一些機(jī)手因怕發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，故在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，總是連續(xù)猛轟油門(mén)，或當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)一啟動(dòng)時(shí)就讓發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，以此來(lái)維持發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。 試驗(yàn) 試驗(yàn)方法用FUJI感壓法測(cè)試機(jī)體頂平面和氣缸墊、氣缸套和氣缸墊之間的接觸壓力。　雙層感應(yīng)紙的結(jié)構(gòu)圖 試驗(yàn)原理和環(huán)境當(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,其中的彩色液體在彩色形成層上生成與壓力相對(duì)應(yīng)的彩色圖形,含液微囊通過(guò)顆粒尺寸控制技術(shù)( PSC)制成對(duì) .于各種不同的壓力等級(jí)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。 油孔密封有效壓應(yīng)力超過(guò)30 MPa,可以有效地密封潤(rùn)滑油。用Pro/E畫(huà)整機(jī)的圖時(shí)，先畫(huà)下部分的機(jī)體，再畫(huà)缸蓋，最后再用Pro/E組裝成整機(jī)模型。,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。約束邊界條件包括位移邊界條件、接觸邊界條件和載荷邊界條件。接觸問(wèn)題的數(shù)值方法主要是處理接觸邊界的問(wèn)題，可采用罰單元法描述接觸問(wèn)題。因?yàn)橹饕芯繗飧讐|的接觸，且氣缸墊材料相對(duì)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。螺栓擰緊時(shí)，在氣缸墊上產(chǎn)生一定的接觸壓力會(huì)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?！」ぷ鞴r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(chǎng)。、壓力云圖和面壓試驗(yàn)結(jié)果基本一致。兩缸之間壓力比較薄弱的原因主要是由于第2, 3, 4對(duì)缸蓋螺栓的預(yù)緊力由2個(gè)缸分擔(dān),但是第1, 5對(duì)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。 潤(rùn)滑油孔的密封分析在油孔附近壓力比較大, 能達(dá)到50 MPa以上() ,但此處沒(méi)有必要有這么大的壓力,由于螺栓位于油孔和氣缸之間,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。圖 　油孔周圍壓力 　缸口部位壓力最小處 　對(duì)冷卻水密封的臺(tái)階機(jī)體側(cè) 　對(duì)冷卻水密封的臺(tái)階氣缸蓋側(cè) 工作工況的485柴油機(jī)氣缸墊受力分析從工作工況計(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變?nèi)氣體有效地密封() 。本鋼質(zhì)氣缸墊能夠很好的對(duì)燃?xì)鈮毫蜐?rùn)滑油密封,對(duì)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。5 總結(jié)和展望一、本文所做工作總結(jié)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。在對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)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(duì)其進(jìn)行了密封性分析。二、工作展望本次畢設(shè)是一個(gè)工程問(wèn)題的實(shí)際應(yīng)用型課題，在我國(guó)，機(jī)械產(chǎn)業(yè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并且與之相關(guān)的檢測(cè)、質(zhì)保、維護(hù)產(chǎn)業(yè)也沒(méi)有很好的發(fā)展。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。通過(guò)頻繁的交流，袁老師讓我對(duì)自己迷茫的前途看得清晰。謹(jǐn)向我尊敬的導(dǎo)師表示最誠(chéng)摯的謝意