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活塞销孔结构设计与试验研究

张文利  
【摘要】:本文主要提供了一个内燃机活塞销孔结构的现状,活塞销孔的破坏形式,销孔结构设计的有关知识等,在此基础上,提出了销孔表面应力分布的新理论和曲面销孔结构设计的计算方法。利用有限元分析方法,计算销孔的机械变形、活塞的温度场及销孔的热变形,且对验证销孔结构设计合理性的试验方法进行了描述。以L375活塞结构的设计为例,分别分析计算了不同设计方案下曲面销孔各部位的结构数值:①销孔理论直径;②销孔外侧曲面结构方程;③销孔内侧曲面结构方程;④销孔表面应力分布;⑤活塞销孔部位的疲劳安全系数等,据此,确定了一种最优的销孔表面设计方案,对今后的活塞销孔设计有一定的指导作用。 本论文的主要内容如下: 1、总结了活塞销孔结构以及销孔表面设计的基本规律,包括销孔的横向形线规律和纵向形线规律两个方面,并分析说明了销孔配合间隙的确定方法。 2、分析了活塞的受力情况及销孔的机械变形和热变形情况,确定了销孔机械变形、热变形及综合变形的计算方法。 3、总结分析了活塞销孔结构的不同设计方案,并对比了不同结构在降低销孔表面应力峰值效果。 4、分析总结了活塞销孔的失效模式,并对不同的失效形式分析了原因。 5、提出销孔表面应力分布的新观点,给出销孔曲面结构设计的计算方法,并利用提出的曲面销孔结构设计理论,对L375活塞销孔进行开发设计,并优化设计方案。设计的活塞通过了装机可靠性验证,并形成批量生产,这对今后的活塞销孔结构设计具有很大的指导作用。模拟分析计算和各种销孔试验都表明合理的曲面销孔结构设计能保证活塞销孔在工作过程中和活塞销处于良好的接触状态,两者变形是一致的。


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