【導(dǎo)讀】到相當(dāng)完善的程度。由于它的熱效率高、適應(yīng)性好和功率范圍廣，已經(jīng)廣泛地應(yīng)。了極其重要的作用。當(dāng)前，在船舶動(dòng)力中，柴油機(jī)仍占有主要地位。所有內(nèi)河及沿海中小型船舶。在新建的遠(yuǎn)洋船舶中，有超過(guò)90％的船舶使用柴。其中三萬(wàn)噸以下的船舶，絕大多數(shù)用柴油機(jī)作為主機(jī)，就是大型。用成功，使柴油機(jī)在大型船舶、大型油輪、高速集裝箱上及大型艦艇上開(kāi)始應(yīng)用，自1973年世界石油價(jià)格飛漲以后，降低油耗已成為目前各柴油機(jī)廠相。率已由二十多年前的1100KW提高至3680KW。目前，最大單機(jī)功率已達(dá)36899KW。MPa,二沖程柴油機(jī)的Pe可達(dá)MPa。自石油危機(jī)以后，燃油價(jià)格暴漲，燃料費(fèi)用大增。燃油費(fèi)用占總營(yíng)運(yùn)費(fèi)用的。各公司為此進(jìn)行了。27g/KW²h，最低油耗率達(dá)到160g/KW²h的水平。已經(jīng)大幅度降低。低速二沖程柴油機(jī)燃用重油的粘度已達(dá)3500～6000秒（雷氏一。隨著平均有效壓力Pe的提高，最高爆發(fā)壓力已高達(dá)15MPa。行情況，通過(guò)測(cè)量和故障預(yù)兆的分析，確定更換零部件的期限。均有效壓力而進(jìn)行大量的研究工作。

　　

【正文】 如下： 35 圖 41 模型劃分網(wǎng)格圖 （ 2） 溫度場(chǎng)分析 按熱邊界條件加載后，得出圖形結(jié)果如下： 圖 42 溫度場(chǎng)分析結(jié) 果圖 （ 4） 應(yīng)力場(chǎng)分析 以下是活塞銷座的支反力和活塞的側(cè)推力的源程序 wpoff,0, wpro, CSWPLA,11,1,1,1, nsel,s,loc,x,+ nsel,r,loc,y,30,150 *GET,NMAX,NODE,NUM,MAX *GET,NMIN,NODE,NUM,MIN *AFUN,DEG *DIM,T4,ARRAY,NMAX,1,1 *DO,J,NMIN,NMAX 36 *IF,NSEL(J),EQ,1,THEN T4(J)=151400000*((J))*COS(*(NY(J)90)) *ELSE T4(J)=0 *ENDIF *ENDDO NPLOT SFFUN,PRES,T4(1) SF,all,pres,T4(1) ALLSEL CSYS,0 wpoff,0, wpro, CSWPLA,12,1,1,1, NSEL,S,LOC,X,+ NSEL,R,LOC,Y,60,120 NSEL,R,LOC,Z,0, *GET,NMAX,NODE,NUM,MAX *GET,NMIN,NODE,NUM,MIN *AFUN,DEG *DIM,T5,ARRAY,NMAX,1,1 *DO,K,NMIN,NMAX *IF,NSEL(K),EQ,1,THEN T5(K)=41440000*NZ(K) *ELSE T5(K)=0 *ENDIF *ENDDO NPLOT 37 SFFUN,PRES,T5(1) SF,all,pres,T5(1) ALLSEL CSYS,0 加載后 圖形顯示 如下： 圖 43 應(yīng)力場(chǎng) 加載分析圖 變形圖如下： 本章小結(jié) （ 1） 本文成功的運(yùn)用 3維模型 ,并用 該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分， 該模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)有一些簡(jiǎn)化 ,裙部簡(jiǎn)化為橢圓形，冷卻油道簡(jiǎn)化（油道尺寸太小， ） ,但是活塞的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 經(jīng)過(guò)處理，與實(shí)際相差不大，所以活塞的模型復(fù)雜了多，就要求劃分較細(xì)小的網(wǎng)格，以反映活塞中局部的應(yīng)力集中。 (2) 活塞在溫度和機(jī)械載荷的作用下變形不均勻 , 活塞銷座附近徑向基本不變 , 由 活塞銷座 至 裙部 變形 逐漸加大 ，橫橫截面變形后呈橢 圓狀且值由活塞銷 38 座至裙底逐漸變大 ， 活塞銷 座 至頭部的變形 逐漸加大 ,橫 橫截面變形后呈橢圓狀且值由 活塞銷座 至 頭部 逐漸 變大 , 長(zhǎng)軸方向?yàn)殇N孔軸線方向 , 這是造成活塞拉缸的主要原因 , 這種變形規(guī)律推動(dòng)著活塞型面朝中凸變橢圓方向發(fā)展。 (3)活塞銷座內(nèi)側(cè)處應(yīng)力峰值造成活塞常見(jiàn)破壞形式的主要原因 , 銷座內(nèi)側(cè)開(kāi)裂主要由機(jī)械負(fù)荷引起 , 活塞頂面設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免尖角 , 否則該處熱應(yīng)力 和變形 將明顯增大。 （ 4）應(yīng)力的最大值為 165 MPa，出現(xiàn)在 活塞銷座內(nèi)側(cè)處，滿足要求。 39 第五章 結(jié)論 全文總結(jié) 本文主要設(shè)計(jì)了 6L20/27 中速船用柴油機(jī)的活塞，并運(yùn)用 UG 對(duì)所設(shè)計(jì)出來(lái)的活塞進(jìn)行建模，然后在此模型的基礎(chǔ)上將活塞導(dǎo)入 ANSYS ，進(jìn)行柴油機(jī)活塞的有限元分析，進(jìn)行強(qiáng)度校核，進(jìn)而使所設(shè)計(jì)活塞的可用性得到了驗(yàn)證， 活塞作為內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，它的工作情況直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的工作可靠性和使用耐久性，同時(shí)直接影響到內(nèi)燃機(jī)的排放性能?；钊诟邷叵鲁惺苤芷谛苑磸?fù)交變載荷，過(guò)高的溫度和過(guò)大的熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力以及過(guò)大的變形都會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的研究方面，國(guó)外早已開(kāi)展 了許多卓有成效的研究工作，并提出了一些新的研究手段和方法，但國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)這些項(xiàng)目的研究起步較晚，資金投入和重視程度也不足，相比國(guó)外還有一定的差距。因此，隨著現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高和各種新技術(shù)的應(yīng)用，研究活塞溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布以及變形情況，明確活塞工作中各部位的溫度分布狀況、承受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的大小，弄清活塞在工作中可能出現(xiàn)的可靠性和耐久性問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，為該系列增壓柴油機(jī)活塞的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供相應(yīng)的理論依據(jù)，具有十分重要的意義。 本設(shè)計(jì)主要成果 （ 1）根據(jù)已知的 6L20/27 中速船用柴油機(jī) 的性 能特點(diǎn)，嚴(yán)格按照《柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》的要求，進(jìn)行了該柴油機(jī) 活塞組 的設(shè)計(jì)， 完成了活塞、活塞銷和活塞環(huán)的 結(jié)構(gòu)類型和尺寸 設(shè)計(jì)過(guò)程 ，其中重點(diǎn)放在活塞的設(shè)計(jì)上 。 （ 2）在設(shè)計(jì)出 活塞 結(jié)構(gòu)類型和尺寸之后，運(yùn)用 UGNX 建立了 活塞 的模型。 （ 3）利用 ANSYS 軟件進(jìn)行 活塞 的前處理過(guò)程，包括實(shí)體建模、定義材料屬性、定義單元類型、定義單元實(shí)常數(shù)和網(wǎng)格劃分；求解過(guò)程，包括施加載荷、邊界條件和進(jìn)行求解計(jì)算；后處理過(guò)程，包括結(jié)果的觀察、分析和檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)這三個(gè)環(huán)節(jié)，就完成了基于 ANSYS 的 活塞 強(qiáng)度分析，證明了所設(shè)計(jì)的 活塞 符合要求 。 （ 4）本課題的最終目的是服務(wù)于實(shí)際生產(chǎn)，但通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)仍有一些不足 ， 40 如：模型與實(shí)際有一定的差距，模型的設(shè)計(jì)尺寸偏大 。在今后的工作和學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)吸取這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)努力。 41 致謝 本論文是在指導(dǎo)老師袁志飛講師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的，從選題到設(shè)計(jì)，無(wú)不傾注著導(dǎo)師大量的心血。袁老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、精益求精的工作作風(fēng)和諄諄不倦的教誨，我將永遠(yuǎn)銘記在心。在 四年本科 生的學(xué)習(xí)和生活中， 袁 老師在各個(gè)方面都給予了我很多照顧和幫助，也教給我“無(wú)論做 學(xué)問(wèn)還是做事，首先要學(xué)會(huì)做人”的這個(gè)道理。在我完成本論文的過(guò)程中，他曾對(duì)我嚴(yán)格要求、悉心指導(dǎo)，為我的設(shè)計(jì)提出了很多合理的建議。在此，我向他表示崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！ 還要感謝 趙清、 林修堅(jiān)、梁濤、盧金龍等同學(xué)在我建模和分析校核的過(guò)程中曾給了我一定的指導(dǎo)和幫助，在這里表示深深地感謝。 感謝在讀書期間所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們。 最后，特別向遠(yuǎn)在家鄉(xiāng)的父母表示虔誠(chéng)的謝意，感謝他們多年的養(yǎng)育之情和無(wú)私的關(guān)愛(ài)與支持。 42 參考文獻(xiàn) [1] 徐美玲，袁志飛， 肖民 . 船舶柴油機(jī) 設(shè)計(jì) [M]. 華東船舶工業(yè)學(xué)院 . 2021，126178 [2] 劉穎 . 柴油機(jī)原理 [M]. 武漢 : 華中理工大學(xué)出版社， 1991， 16 [3] 陸瑞松，林發(fā)森，張瑞 . 內(nèi)燃機(jī)的傳熱與熱負(fù)荷 [M]. 北京 : 國(guó)防工業(yè)出版社， 1985， 182252 [4] 鄭永剛 . 活塞計(jì)算機(jī)模擬分析軟件的開(kāi)發(fā) [J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 . 1999(4): 5860 [5] 遲剛銳 .沈曉雯等 . 活塞三維有限元分析系統(tǒng) — FEMPNS[J]. 機(jī)械工程師 . 1996(1): 2433. 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UG NX 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例教程 [M]. 清華大學(xué)出版社 . 2021， 1157 43 附錄 附錄 1 活塞力學(xué)計(jì)算 曲柄轉(zhuǎn)角 活塞加速度 a Pg 活塞氣體力 活塞總力 往復(fù)慣性力 活塞側(cè)推力 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 51657 190 180 170 160 150 140 130 120 110 27423 100 90 80 70 60 50 40 30 20 44 續(xù) 附錄 1 活塞 力學(xué) 計(jì)算 曲柄轉(zhuǎn)角 活塞加速度 a Pg 活塞氣體力 活塞總力 往復(fù)慣性力 活塞側(cè)推力 10 0 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 51657 170 180 190 200 51657 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 45 附錄 2 一 系列 力與 曲軸轉(zhuǎn)角 圖 024681012 400 300 200 100 0 100 200 300 400 500壓力(MPa)角度 ( 度 ) 壓力 — 曲軸轉(zhuǎn)角圖 0500000100000015000002021000250000030000003500000 400 300 200 100 0 100 200 300 400氣體力(N)角度 ( 度 )Pg 氣體力 — 曲軸轉(zhuǎn)角圖 46 150000 100000 50000050000100000150000202100250000 400 300 200 100 0 100 200 300 400活塞側(cè)推力(N)角度 ( 度 )Pn 活塞側(cè)推力 — 曲軸轉(zhuǎn)角圖 5000000500000100000015000002021000250000030000003500000 400 300 200 100 0 100 200 300 400活塞總力(N)角度 ( 度 )P 活塞總力 — 曲軸轉(zhuǎn)角圖 47