【導(dǎo)讀】[摘要]本文針對(duì)將S195型柴油機(jī)的渦流室燃燒室改為直噴式燃燒室,對(duì)活塞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。圖和變形云圖，根據(jù)分析結(jié)果，活塞的最大應(yīng)力和最大位移并沒有超出允許范圍,本設(shè)計(jì)滿足了改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況。

　　

【正文】 es 在彈出的對(duì)話框中依次選擇 areas、 by location 、 Y coordinates 在 Min,Max 中輸入 90， 110，點(diǎn)擊 apply 和 plot,然后在 select entities對(duì)話框中選擇依次選擇 areas – by num/picked – from full – 點(diǎn)擊 OK，然后用鼠標(biāo)選擇預(yù)選面。 點(diǎn)擊 mainmenu – solution – define loads –apply structural–pressure – on areas,在彈出的對(duì)話框中點(diǎn) pick all,在彈出的 apply PRES on areas 對(duì)話框中的 load PRES value 框中輸入壓力值 ,這樣就完成了最大爆發(fā)壓力的加載。 圖 8 活塞的載荷施加情況 （ 5） 軸線上一節(jié)點(diǎn)的約束 為了避免在分 析過程中活塞產(chǎn)生剛體擺動(dòng)，限制軸線上一節(jié)點(diǎn)垂直活塞銷孔子軸線的運(yùn)動(dòng)，具體過程如下： Select enitities – 在彈出的對(duì)話框中依次選擇 nodes by location X 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 coordinates 在 Min,Max中輸入 0,點(diǎn)擊 apply,plot,在 select entities 對(duì)話框中再依次選擇 nodes by num/pick from full 點(diǎn)擊 OK,彈出 select nodes 對(duì)話框后用鼠標(biāo)選擇活塞軸線上任一點(diǎn) ,點(diǎn) OK, 點(diǎn)擊 mainmenu – solution – define loads –apply –structural – force/moment – on nodes,在彈出的對(duì)話框中點(diǎn) pick all,又彈出一個(gè)對(duì)話框 ,在 direction of force/mom 選擇 FX,點(diǎn)擊 OK,這樣就完成了此步操作。加載后載荷如圖 8 所示 3． 3． 3 有限元分析結(jié)果 活塞工作時(shí)受到氣體的爆發(fā)壓力和往復(fù)慣性力的作用，它們的共同特點(diǎn)是都沿著活塞的軸線方向作用，所以活塞的軸線方向承受著極大的載荷。由 圖 9 可以看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在活塞銷座上表面，這與理論分析相符。由于活塞在上止 點(diǎn)附近向下運(yùn)動(dòng)時(shí)活塞銷會(huì)發(fā)生彎曲變形，使活塞銷座也出現(xiàn)變形，而銷座上表面的較大剛度阻止活塞銷座的形變， 從而導(dǎo)致了活塞銷孔的上端出現(xiàn)了應(yīng)力的集中 。 在活塞銷座處的最大應(yīng)力為 97MPa 左右 ,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未超過活塞材料在 200℃時(shí)的最大許用應(yīng)力 196MPa， 而活塞的其他部位應(yīng)力值都在 30MPa 以下 。 圖 9活塞應(yīng)力分布 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 另外 ,活塞加強(qiáng)筋與活塞的頂部相連的部位也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況 如圖 10,但其應(yīng)力值同樣小于活塞材料的許用的應(yīng)力值 260MPa。 氣體燃燒壓力和往復(fù)慣性力引起的活塞變形是不均勻的。 在活塞銷穿過的一側(cè)，由于銷座的剛性較大，加上活塞銷的約束作用使活塞裙部的變形較小。而無(wú)活塞銷的另一側(cè)，裙壁較薄，又無(wú)軸向約束，則使裙部的變形較大。因此，活塞兩側(cè)的軸向位移相差 ，如圖 11 所示，圖中網(wǎng)格線代表變形前的活塞位置。 圖 10 加強(qiáng)筋處的應(yīng)力集中 由圖 12 可見，活塞頂面呈彎曲變形， 靠頂面下塌一側(cè)的活塞環(huán)槽壁向 外 擠壓 ,而靠頂面拱起一側(cè)的活塞環(huán)槽壁向內(nèi)擠壓 .從而形成活塞頭部與裙部之間的周向間隙和接觸力分布不均勻 ,活塞最大變形量為 。 未超過允許配缸間隙~[9] 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 圖 11 活塞變形圖 圖 12 活塞變形 剖面圖 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 結(jié)束語(yǔ) 本 文針對(duì) S195 柴油機(jī)渦流室燃燒室改為直噴式燃燒室 ,對(duì)活塞的結(jié)構(gòu)做了改進(jìn) ,通過有限元分析軟件 ANSYS 進(jìn)行分析 ,得出了活塞在最危險(xiǎn)工作條件下的應(yīng)力分布與變形情況 ,結(jié)果表明 活塞銷座 內(nèi)孔的上表面 是活塞的應(yīng)力較集中的地方 ,容易產(chǎn)生疲勞破壞導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生 ,同時(shí)活塞加強(qiáng) 筋處 也是應(yīng)力較為集中的地方 ,活塞的最大位移和最大應(yīng)力均未超出允許值，本設(shè)計(jì) 可以適應(yīng) S195 柴油機(jī)直噴化 改造后的 實(shí)際工況 。 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 致謝 本課題在選題及研究過程中得到 鄭 老師的悉心指導(dǎo)。 鄭 老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。 本論文從選題到完成，每一步都是在 鄭老 師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！ 集美大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 參考文獻(xiàn) [1]《船用柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編輯委員會(huì) .船用柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) (三 ).國(guó)防工業(yè)出版社 ,1979 [2]黃震，張繼春，徐斌，李興虎 .基于有限元的活塞 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 .昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,第 31 卷第 3期 ,2021 年 6月 [3]柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì) .柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) .中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社 ,1984 [4]周龍保 .內(nèi)燃機(jī)學(xué) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [5]張洪信 ,趙清海等 .ANSYS 有限元分析完全完全自學(xué)手冊(cè) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [6]施培文 ,杜愛民 .發(fā)動(dòng)機(jī)活塞熱分析 .內(nèi)燃機(jī)第 3 期 ,2021 年 6月 [7]陳永東 ,鐘紹華 .內(nèi)燃機(jī)活塞的有限元分析 .輕型汽車技術(shù) ,2021 年 11月 [8]張樂樂 ,譚南林 ,焦風(fēng)川 .ANSYS 輔助分析應(yīng)用基礎(chǔ)教程 .清華大學(xué)出版社 ,北京交 通大學(xué)出版社 ,2021 [9]柯開波 .談?wù)劙l(fā)動(dòng)機(jī)的配缸間隙 .內(nèi)燃機(jī) ,1998 年第一期 [10] , and . 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