汽车发动机飞轮齿圈总成失效研究

发布时间：2017-09-21 22:41

  本文关键词：汽车发动机飞轮齿圈总成失效研究

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【摘要】：飞轮总成是一种具有较大转动惯量的特殊圆盘,储备较高能量用于调节汽车速度波动,是发动机重要的外围构件之一。随着家用小汽车的普及,发动机飞轮的使用量急剧增加。因为飞轮总成的功能是发动机正常工作的必要条件,所以飞轮的安全性得到各界高度关注。针对飞轮总成的失效现象,本文按照失效分析流程系统地进行飞轮总成失效理论分析,得到了失效研究的两大主要方向:飞轮齿圈过盈配合失效和飞轮总成爆裂失效。利用弹性力学相关理论对飞轮齿圈应力进行计算,对相关参数进行数学分析。利用ansys workbench对飞轮总成和飞轮齿圈过盈配合进行有限元模拟分析,最后通过爆裂试验证明理论推导转速是飞轮总成的极限转速。本文主要研究工作分为如下几个部分:1根据弹性力极坐标平面问题建立平面基本方程,基于厚壁圆筒模型建立飞轮齿圈过盈配合力学分析模型,得到飞轮齿圈应力计算方法,推导飞轮齿圈在静态和动态下径向位移计算公式,根据变形关系得到两种状态下实际接触压强计算方法。根据飞轮齿圈理论推导公式得到理论解,采用有限元分析得到过盈配合模型的有限元解,通过对比分析两种结果,验证了过盈配合有限元分析方法是合理的,保证了后续分析的可行性。2飞轮结构复杂,建立合适的分析模型,利用有限元分析计算得到各组件的应力分布,根据分组分析结果得到了了过盈量、接触面半径、材料参数、飞轮本体空心度、轮缘厚度以及转速等参数对飞轮总成的影响规律,提出了针对过盈配合失效和总成爆裂失效的应对预防措施。选取三种产品进行动态有限元分析得到了总成的极限转速,样件根据不同过盈量分组,在不同转速下进行爆裂试验,试验结果符合有限元分析规律,验证了理论研究的正确性。飞轮齿圈总成有很多种失效形式,本文主要研究齿圈断裂脱落和飞轮整体破裂两种失效分析方法,从过盈配合失效和整体应力失效两个方面入手,得到了飞轮总成减小失效的措施。因此,本文的研究结果对工程设计有一定的指导意义,对工程的前期产品开发具有帮助,减少不必要的方案设计,节约开发成本,有利于企业发展。
【关键词】：飞轮总成 失效分析 过盈配合 有限元分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.13
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 发动机飞轮研究现状10-12
• 1.2.1 国内研究现状10-11
• 1.2.2 国外研究现状11-12
• 1.3 失效分析12-16
• 1.3.1 失效形式12-14
• 1.3.2 失效分析流程14-16
• 1.4 研究内容和意义16-19
• 1.4.1 研究的内容16-17
• 1.4.2 研究的创新点17
• 1.4.3 研究的意义17-19
• 2 飞轮齿圈过盈配合理论计算19-35
• 2.1 理论过盈量设计范围19-20
• 2.2 弹性力学方程的建立20-24
• 2.2.1 极坐标平面问题21
• 2.2.2 基本方程的建立21-24
• 2.3 基于弹性力学的飞轮齿圈过盈配合模型的建立24-28
• 2.3.1 飞轮齿圈总成模型建立24-25
• 2.3.2 齿圈过盈配合受力模型25-27
• 2.3.3 飞轮过盈配合受力模型27-28
• 2.4 飞轮齿圈过盈配合静态应力计算28-31
• 2.4.1 齿圈静态应力计算28-29
• 2.4.2 飞轮静态应力计算29
• 2.4.3 计算飞轮齿圈静态过盈量和接触压强29-31
• 2.5 飞轮齿圈过盈配合高速旋转状态的应力计算31-34
• 2.5.1 过盈配合高速旋转应力计算31-32
• 2.5.2 飞轮齿圈总成高速旋转过盈量和接触压强计算32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 过盈配合有限元分析方法验证35-45
• 3.1 有限元强度理论35
• 3.2 圆筒过盈配合理论计算结果35-39
• 3.2.1 静态应力计算36-37
• 3.2.2 动态应力计算37-39
• 3.3 圆筒过盈配合有限元分析结果39-41
• 3.3.1 静态有限元分析结果39-40
• 3.3.2 动态有限元分析结果40-41
• 3.4 理论计算和有限元计算差异性分析41-44
• 3.4.1 过盈配合静态差异41-42
• 3.4.2 过盈配合动态差异42-43
• 3.4.3 过盈配合有限元分析差异性分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 飞轮齿圈过盈配合失效有限元分析45-65
• 4.1 飞轮齿圈过盈配合有限元简化模型建立45-46
• 4.2 飞轮齿圈过盈配合有限元分析46-49
• 4.2.1 模型的前处理46-47
• 4.2.2 飞轮齿圈过盈配合接触处理47-48
• 4.2.3 网格划分与边界条件48-49
• 4.2.4 求解及后处理49
• 4.3 过盈量δ对飞轮齿圈过盈配合的影响分析49-52
• 4.3.1 过盈量δ理论影响规律50
• 4.3.2 有限元分析过盈量δ影响规律50-52
• 4.4 接触面半径b对飞轮齿圈总成的影响分析52-54
• 4.4.1 接触面半径理论影响规律52-53
• 4.4.2 有限元分析接触面直径影响规律53-54
• 4.5 过盈配合接触宽度B对飞轮齿圈总成的影响分析54-56
• 4.6 厚度系数m_1和m_2对飞轮齿圈总成的影响分析56-60
• 4.6.1 厚度系数理论影响规律56-58
• 4.6.2 有限元分析厚度系数影响规律58-60
• 4.7 摩擦系数f_s对飞轮齿圈总成的影响分析60-61
• 4.8 转速ω对飞轮齿圈过盈配合的影响分析61-63
• 4.9 有限元分析减小飞轮齿圈过盈配合失效措施63
• 4.10 本章小结63-65
• 5 飞轮总成爆裂失效有限元分析65-77
• 5.1 飞轮总成有限元模型建立66-67
• 5.2 飞轮总成静强度有限元分析67-69
• 5.2.1 飞轮总成有限元分析前处理68
• 5.2.2 边界条件及网格划分68-69
• 5.2.3 求解及后处理69
• 5.3 关键参数对飞轮总成应力分布的影响69-75
• 5.3.1 飞轮轮缘宽度对飞轮齿圈总成应力分布的影响分析69-71
• 5.3.2 飞轮本体空心度对飞轮齿圈总成应力分布的影响分析71-72
• 5.3.3 材料对飞轮齿圈总成应力分布的影响分析72-73
• 5.3.4 转速对飞轮齿圈总成应力分布的影响分析73-75
• 5.4 有限元分析减小爆裂失效措施75
• 5.5 本章小结75-77
• 6 实例分析与爆裂试验验证77-87
• 6.1 实例分析77-80
• 6.1.1 有限元模型78
• 6.1.2 有限元分析结果78-80
• 6.2 试验试验过程与结果分析80-85
• 6.2.1 试验原理80-81
• 6.2.2 试验过程及结果81-84
• 6.2.3 试验结果分析84-85
• 6.3 本章小结85-87
• 7 总结与展望87-89
• 7.1 全文总结87-88
• 7.2 展望88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-95
• 附录A. 作者在攻读硕士学位期间参加的企业项目95

【参考文献】

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本文编号：897323