R175型单缸柴油机机体轻量化设计

发布时间：2017-09-15 14:11

  本文关键词：R175型单缸柴油机机体轻量化设计

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【摘要】：单缸柴油机主要安装在小型拖拉机、小型发电机组、水泵、园林机械等工农业生产工具内。进行单缸柴油机机体轻量化对我国工农业的发展以及解决资源和环境问题具有重要意义。发动机机体是发动机其它各零配件的安装基础,承受多种载荷,因而,进行单缸柴油机机体轻量化必须确保机体有足够的强度和刚度。本文以R175型单缸柴油机机体为研究对象进行轻量化设计,将机体的材料由铸铁改变为铸铝,并采用有限元方法对其强度和刚度进行计算分析,得到机体应力和变形较大的部位,从而进行结构优化设计。文中利用Pro/E软件创建机体组件的三维几何模型,采用ANSYS软件进行有限元结构分析,求解得到机体应力和变形数据。利用这些数据,文中提出了一种机体变形分析方法。该方法主要包括对有限元计算结果数据的提取、处理;对圆孔采用同轴度、圆柱度、各截面圆度以及漏光率评价其变形;对平面采用平面度进行评价。通过计算分析得出:将原机机体材料直接改为铸铝合金后,应力变化较小,但机体变形明显增大,包括气缸套各截面的圆度与漏光率、机体主轴承孔的同轴度和圆柱度、主轴承盖内孔圆柱度、机体顶平面和齿轮室端面平面度都显著增加。经过改进设计的铸铝合金机体与原机相比,应力集中现象减少,气缸套各截面的圆度与漏光率下降,气缸套内孔圆柱度显著减小,增加了机体的刚度;机体顶平面和气缸套内孔同轴度,齿轮室端面平面度,齿轮室盖侧的同轴度和圆柱度都有所增加,但在相应的机械加工精度下,都能符合图纸上的加工要求;机体主轴承孔和主轴承盖的内孔的圆柱度超过了图纸要求,但影响不大。通过各方案对比分析表明:改进后的铝合金机体与原机相比,强度增加,各方面变形都能满足机体刚度要求,实现了机体轻量化。在保证性能的情况下,机体的三维模型质量由原来的6.2214 kg下降到5.795 kg,下降百分比为6.9%。
【关键词】：机体 轻量化 柴油机 刚度 有限元分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK422
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 轻量化设计的基本方法11-14
• 1.1.1 材料优化11-12
• 1.1.2 结构优化12-13
• 1.1.3 多学科优化13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 国外研究现状14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 研究意义和主要内容16-20
• 1.3.1 研究意义16-18
• 1.3.2 主要研究内容18-20
• 第二章 有限元法介绍20-25
• 2.1 轻量化与有限元法的联系20
• 2.2 有限元法的理论基础20-22
• 2.2.1 有限元分析基本理论20-21
• 2.2.2 有限元法的基本步骤21-22
• 2.3 有限元分析软件介绍22-24
• 2.3.1 HYPERMESH软件介绍22-23
• 2.3.2 ANSYS软件介绍23-24
• 2.3.3 MATLAB软件介绍24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 机体轻量化设计路线25-35
• 3.1 设计思路25-26
• 3.2 减小机体壁厚26-27
• 3.3 保证高压密封27-30
• 3.3.1 增加螺栓沉孔深度27-28
• 3.3.2 加宽螺栓搭子下方加强筋28
• 3.3.3 减少止.直径28-29
• 3.3.4 减小气缸盖螺栓刚度差29
• 3.3.5 上、下机体结构刚度29-30
• 3.4 减少金属堆积30-31
• 3.5 减小曲轴箱两侧面刚度差31-33
• 3.5.1 增大主轴承壳法兰直径31
• 3.5.2 优化飞轮侧加强筋结构31-32
• 3.5.3 轴承座法兰与头部的加强筋32-33
• 3.6 增强散热33-34
• 3.7 其他措施34
• 3.8 本章小结34-35
• 第四章 机体组件有限元分析35-58
• 4.1 机体变形评价指标35-40
• 4.1.1 圆度35-36
• 4.1.2 圆柱度36-37
• 4.1.3 同轴度37-38
• 4.1.4 平面度38-39
• 4.1.5 漏光率39-40
• 4.2 建立有限元模型40-42
• 4.2.1 三维几何模型40-41
• 4.2.2 有限元模型41-42
• 4.2.3 机体组件的材料属性42
• 4.3 设置边界条件42-43
• 4.3.1 位移边界条件42
• 4.3.2 力边界条件42-43
• 4.4 计算方案43-44
• 4.5 应力分析44-48
• 4.5.1 机体整体应力44-45
• 4.5.2 机体应力集中现象分析45-48
• 4.6 气缸套变形分析48-53
• 4.6.1 气缸套截面说明48
• 4.6.2 气缸套变形情况48-50
• 4.6.3 气缸套变形评价指标说明50-51
• 4.6.4 气缸套同轴度和圆柱度51
• 4.6.5 气缸套各截面圆度、漏光率51-53
• 4.7 机体主轴承孔和主轴承盖内孔变形分析53-55
• 4.8 平面度分析55-56
• 4.8.1 机体顶平面平面度55-56
• 4.8.2 齿轮室端面平面度56
• 4.8.3 气缸套上端面平面度56
• 4.9 本章小结56-58
• 第五章 结论和展望58-60
• 5.1 全文总结58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果64

【参考文献】

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1 桂劲松,康海贵;结构可靠度分析的响应面法及其Matlab实现[J];计算力学学报;2004年06期

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本文编号：856996