【正文】 %來施加，第一道環(huán)槽底按照頂部氣體壓力的 76%來施加，第一環(huán)岸和第二道環(huán)槽上下面按照頂部氣體壓力的 25%來施加，第二道環(huán)槽底按照頂部氣體壓力的 20%來施加，第二道環(huán)槽以下的燃?xì)鈮毫ψ饔眯Ч苄。枰院雎圆挥?jì)。如圖 所示。20 / 40根據(jù)動力學(xué)計(jì)算結(jié)果，活塞所受的往復(fù)慣性力方向向上，與活塞運(yùn)動加速度方向相反，如圖 所示。圖 燃?xì)鈮毫蛻T性力的分布 活塞組邊界條件的確定為了使活塞不產(chǎn)生剛體位移，必須給出合適的位移約束。通常用一些具有簡單分布規(guī)律的力和位移作為邊界條件，當(dāng)邊界條件比較復(fù)雜時，位移約束條件難確定，一些簡單的假設(shè)往往會帶來較大誤差。一般位移邊界條件：（1）預(yù)定邊界位移為零（2）某一節(jié)點(diǎn)位移為己知量。如：對某一節(jié)點(diǎn)位移為己知值。根據(jù)上面的理論，本研究采用下面的方法來確定活塞的位移邊界條件：，在該平面內(nèi)的法向位移均為 0；，位移均為 0?；钊M的載荷約束條件如下圖 21 / 40圖 活塞組的加載情況 活塞組有限元模型為了獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)合理確定有限元劃分方案，這樣既保證計(jì)算精度，又不會耗時過多。在確定劃分方案之前，有必要進(jìn)行一些測試，以選擇合適的計(jì)算網(wǎng)格，如果局部結(jié)果偏差較大，則進(jìn)行局部修正，研究采用的網(wǎng)格劃分方案如圖 所示?；钊灿昧?0216 個 10 節(jié)點(diǎn)四面體單元來描述，單元類型為 SOLID187；銷共用了 1520 個 20 節(jié)點(diǎn)六面體單元來描述，單元類型 SOLID95；接觸對單元 855 個，單元類型為 TARGE170 和CONTA174；單元總數(shù)為 22591，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為 42915 個。綜合考慮單元數(shù)和計(jì)算時間兩方面因素，本文活塞采用采用自由網(wǎng)格劃分，對受力較大的燃燒室，活塞環(huán)岸，及銷孔處進(jìn)行細(xì)化；銷采用了掃描劃分，得到了較好的效果。實(shí)踐證明，本文活塞網(wǎng)格剖分的單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)既能滿足工程精度要求，又不會耗費(fèi)較多計(jì)算器時間?；钊邢拊Ｐ腿鐖D 所示。22 / 40圖 活塞組的有限元模型23 / 40第3章 活塞組應(yīng)力及變形的研究 活塞組在機(jī)械載荷下的變形研究本文研究單個活塞在膨脹沖程和作功沖程下其變形情況，主要分析了活塞在各種機(jī)械載荷作用下的變形?；钊M整體變形與變形前比較如下圖 ：圖 活塞整體變形比較圖 活塞組的總體變形圖如下 ：24 / 40圖 活塞組總體變形圖 由兩圖可知活塞頂部和裙部均發(fā)生很不均勻的變形，作用在頂部的載荷起到主要作用，因活塞頂部受到的壓縮作用使得變形較大且集中，由于力的傳遞也使裙部和活塞銷部位出現(xiàn)變形。最大變形出現(xiàn)在活塞頂部，和裙部，達(dá) ，活塞銷孔處最大變形出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)上端邊緣，最大為 。 活塞組在機(jī)械載荷作用下應(yīng)力分析活塞組在軸線方向的應(yīng)力分布如下圖 ：25 / 40圖 活塞組軸向應(yīng)力分布圖 活塞組的等效應(yīng)力分布如圖 ：26 / 40圖 活塞組的等效應(yīng)力分布圖由兩圖可知銷孔內(nèi)側(cè)邊緣處有應(yīng)力集中最大為 127MPA，最大應(yīng)力出現(xiàn)在銷截面的邊緣，最大為 ，由于本文主要分析活塞的應(yīng)力分部，及銷孔處的應(yīng)力，這在此不考慮。27 / 40第4章 活塞銷孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的有限元分析上文提到，由于發(fā)動機(jī)燃燒時的爆發(fā)壓力很大，活塞銷孔處應(yīng)力很高，為了降低銷孔表面應(yīng)力峰值，活塞銷孔要做結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而提高銷孔的承載能力。本文選用鑄鋁青銅材料，鑲嵌于活塞銷孔內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)形式。 襯套的材料及幾何模型的確定活塞襯套的材料如下表 ：表 襯套的材料性能零件 材料 E（GPa） ）（ 3kg/m??（?）（Mpab）銷孔襯套 鑄鋁青銅 105 7500 200 540針對本文所分析的活塞銷孔結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出銷孔襯套。如圖 （A）襯套實(shí)體圖，(B)襯套結(jié)構(gòu)示意圖:半徑為 18MM，襯套厚度為，長度為 。 圖 （A） 襯套的三維實(shí)體圖 圖 （b） 襯套結(jié)構(gòu)示意圖28 / 40 活塞組有限元模型的建立在這里活塞仍采用自由網(wǎng)格劃分，選用 SOLID187 單元，并對對受力較大的燃燒室，活塞環(huán)岸，及銷孔處進(jìn)行細(xì)化進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化；銷和襯套采用 SOLID95 單元，銷用掃描方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，襯套用自由網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分結(jié)果如下圖 圖 活塞組的有限元模型 活塞組的機(jī)械載荷及邊界條件的確定改進(jìn)后的活塞組所收的工作情況和改進(jìn)前一樣，故所收的機(jī)械載荷與邊界條件不變。但襯套與銷孔之間應(yīng)建立一個過盈配合的接觸對，以模擬實(shí)際的工作情況。 活塞組機(jī)械載荷下變形的分析活塞組的整體變形與變形前相比如圖 ：29 / 40圖 改進(jìn)后活塞組整體變形比較圖活塞組的整體變形如圖 ：30 / 40圖 該進(jìn)后的活塞組整體變形分布圖活塞的最大變形仍出現(xiàn)在活塞頂部，及裙部，最大變形為 ，同改進(jìn)前有一定的下降；銷孔內(nèi)側(cè)上端仍有較大的變形，但分布較均勻，最大變形 ，同改進(jìn)前也有所降低。變形基本關(guān)于對稱面對稱，從上到下有一定的梯度。 活塞組機(jī)械載荷下的應(yīng)力分析在機(jī)械載荷下，活塞在軸線方向的應(yīng)力分布如圖 ：31 / 40圖 改進(jìn)后的活塞組軸向應(yīng)力分布圖活塞組的等效應(yīng)力分布如圖 ：32 / 40圖 改進(jìn)后的活塞組的等效應(yīng)力分布圖從圖中可知活塞組的應(yīng)力依然很大，但是同改進(jìn)前的結(jié)構(gòu)相比，襯套上的應(yīng)力及集中比較明顯，銷孔處的最大應(yīng)力為 ，有所降低，而且銷孔處的應(yīng)力分布趨向均勻。33 / 40結(jié) 論本文以汽油發(fā)動機(jī)為模型，結(jié)合有限元知識，用 PRO/E 和 ANSYS 工具對模型進(jìn)行了分析，并通過在活塞銷孔內(nèi)嵌套襯套的方法該進(jìn)模型， ，最后做了對比分析。得到了如下結(jié)論：（1）針對本文所研究的活塞，通過分析原活塞的機(jī)械應(yīng)力云圖與變形云圖，得出活塞與活塞銷接觸的銷孔內(nèi)側(cè)上緣出現(xiàn)了較大應(yīng)力，最大應(yīng)力值為 127MPA，銷孔部位變形值為。采用銷孔內(nèi)嵌入鑄鋁青銅襯套活塞，分析得出銷孔內(nèi)側(cè)上緣的最大應(yīng)力值為，變形值為 。這些數(shù)據(jù)充分說明采用加入銷孔襯套的活塞可以使銷孔表面的應(yīng)力趨向均勻，變形量減小。（2）本文提出活塞銷孔內(nèi)嵌入襯套結(jié)構(gòu)方案，通過有限元計(jì)算，在機(jī)械載荷的用下，整個活塞能夠滿足強(qiáng)度以及變形的要求，活塞銷孔襯套各個部位的應(yīng)力大小均勻，整個銷孔內(nèi)側(cè)單位面積上應(yīng)力峰值降低，其能夠承受的最大應(yīng)力要明顯優(yōu)于原活塞銷結(jié)構(gòu)。（3）活塞銷孔處的失效模式往往是熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷共同作用的結(jié)果，要分析設(shè)計(jì)出合理的、可靠的活塞銷孔結(jié)構(gòu)，這兩方面的因素要綜合考慮。作者在翻閱資料的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)提高活塞銷孔的載荷能力，可在應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，改進(jìn)銷孔的結(jié)構(gòu)，采用合理的異型銷孔。34 / 40展 望本文利用有限元方法針對活塞在機(jī)械載荷下的應(yīng)力和變形進(jìn)行了模擬分析，雖然做了一些工作，但由于條件和時間的限制，還存在著一些問題沒有解決，還有很多工作有待于進(jìn)一步完成。（1）本文只是用有限元法模擬了活塞在機(jī)械載荷下的應(yīng)力和變形，根據(jù)實(shí)際工作過程，活塞所承受的熱負(fù)荷將會引起活塞燃燒室邊緣的應(yīng)力集中。希望以后能將熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷耦合作用進(jìn)行分析。（2）本文采用的是簡化模型，其分析結(jié)果應(yīng)同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析，再對模型進(jìn)行必要的修改，通過反復(fù)比較來達(dá)到理想的效果。（3）隨著發(fā)動機(jī)性能的不斷提高與排放法規(guī)愈來愈嚴(yán)格的苛刻要求，活塞承受的最高燃燒壓力越來越大，高溫、高壓的工作環(huán)境使承載最大機(jī)械應(yīng)力的活塞銷孔部位面臨著更大的考驗(yàn)。采用異型銷孔結(jié)構(gòu)來改善活塞銷孔處的應(yīng)力分布情況是一種非常重要的方法。35 / 40參考文獻(xiàn)[1] :北京理工大學(xué)出版社,[2] 杜平安,甘娥忠,:國防工業(yè)出版社,[3] :機(jī)械工業(yè)出版社,[4] 林波,:北京大學(xué)出版社,[5] :人民郵電出版社,[6] 李衛(wèi)民,楊紅義, :化學(xué)工業(yè)出版社,[7] 張保成,蘇鐵熊,:國防工業(yè)出版社,[8] :中北大學(xué),2022[9] :中北大學(xué),2022[10] 程文虎. :合肥工業(yè)大學(xué),2022[11] :山東理工大學(xué),2022 [12] 夏飛,蘇鐵熊. ,2022,2(2):3436[13] 「J].內(nèi)燃機(jī).2022，8.[14] 周先輝，馬峻，[J」.，19(2):171 一173.[15] 翟鵬，張承瑞，[J」二材料工藝設(shè)備二 2022，3.[16] 劉世英，「J].柴 .(3):9 一 14.[17] 張凱，胡德金，〔J〕.組合機(jī)床與自動，(8)6 一 8.[17] 「J]..(3):5 一 8.36 / 40[18] 「D 〕.:.37 / 40致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)是在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的，但是為了更好的培養(yǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)能力的要求，在設(shè)計(jì)過程中，提倡獨(dú)立思考、嚴(yán)肅認(rèn)真、深入鉆研和精益求精的學(xué)習(xí)精神，由于要設(shè)計(jì)一個可以付諸實(shí)用的控制電路來，它涉及多方面的知識，是對所學(xué)的專業(yè)課程和基礎(chǔ)課程的一個全面的應(yīng)用，因此，在設(shè)計(jì)過程中肯定會碰到很多問題的，這時應(yīng)首先獨(dú)立思考，查閱設(shè)計(jì)資料，不能解決的再向指導(dǎo)老師或同學(xué)提問。經(jīng)過一個月的刻苦努力和艱辛設(shè)計(jì)，圓滿完成了發(fā)動機(jī)活塞銷孔機(jī)構(gòu)強(qiáng)度分析及改善任務(wù)，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多知識，對于提高自身素質(zhì)，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)以及知識經(jīng)濟(jì)社會也具有很好的指導(dǎo)意義。接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，得到了老師精心的指導(dǎo)和熱情的幫助，尤其在課題設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)過程中，導(dǎo)師提出許多寶貴的設(shè)計(jì)意見，在最后的論證修改中老師在百忙之中抽出時間為我們提供了必要的幫助，這樣使得我們得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，在短暫的一個月的相處時間里，老師淵博的知識、敏銳的思路和實(shí)事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，這將使得我終身受益，謹(jǐn)此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。并且也要感謝平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院和在大學(xué)三年來所有的老師，為我打下良好的數(shù)控加工知識。同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會順利完成。最后，我還要感謝一直在背后默默支持我完成學(xué)業(yè)的父母及親友，是他們的無私奉獻(xiàn)和巨大支持使得我的學(xué)業(yè)得以順利完成，向他們表示真摯的謝意！