曲軸油封是發(fā)動機總成中的重要零部件其密封性能直接影響到發(fā)動機的總體性能。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,發(fā)動機整機性能不斷強化,曲軸線速度不斷的提高,這對于曲軸油封的密封性能提出了更加嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的曲軸油封結(jié)構(gòu)設(shè)計很大程度上依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗,曲軸油封的密封性能只有在產(chǎn)品成型之后,通過實驗檢測的方式來獲取,這種開發(fā)流程成本很大。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,將仿真分析融入曲軸油封結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能研究中成為了曲軸油封開發(fā)設(shè)計的一種新思路。本文利用有限元軟件ABAQUS建立曲軸油封的二維軸對稱模型,分析了曲軸油封結(jié)構(gòu)參數(shù)對曲軸油封靜態(tài)接觸性能的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,曲軸油封唇口最大接觸壓力與氣側(cè)唇角、彈簧剛度和油封腰厚呈正相關(guān),與油側(cè)唇角、過盈量和R值呈負(fù)相關(guān);曲軸油封的單位周長徑向力與過盈量、彈簧剛度和油封腰厚的變化呈正相關(guān),與油側(cè)唇角、氣側(cè)唇角和R值的變化呈負(fù)相關(guān)。以有限元分析為基礎(chǔ),借助正交試驗設(shè)計方法對曲軸油封結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,獲得了以最大接觸壓力和最小單位周長徑向力為優(yōu)化目標(biāo)的曲軸油封最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。通過極差分析得到了油封結(jié)構(gòu)參數(shù)對油封密封性能影響的主次順序;通過方差分析,獲得了油封結(jié)構(gòu)參... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

油封結(jié)構(gòu)示意圖

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10只需提供結(jié)構(gòu)的幾何形狀、邊界條件和材料屬性等工程數(shù)據(jù)，就可以對模型進行分析計算。同時，ABAQUS包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料及土壤和巖石等地質(zhì)材料。ABAQUS集成顯式和隱式求解器，有著優(yōu)秀的復(fù)雜系統(tǒng)模擬能力和分析能力，在各國工業(yè)和研究中被廣泛地使用。2.2曲軸油封有限元模型建立2.2.1油封幾何模型與網(wǎng)格劃分本文研究的油封模型為發(fā)動機曲軸油封，其規(guī)格為80mm×100mm×8.5mm，其幾何模型如圖2.1所示。油封總成包含橡膠本體，金屬骨架和壓緊彈簧三部分組成。曲軸油封的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括油側(cè)唇角α、氣側(cè)唇角β、安裝過盈量δ、彈簧中心到唇口軸向距離R、腰厚s和彈簧剛度k。圖2.1曲軸油封結(jié)構(gòu)示意圖在曲軸油封設(shè)計之初，油封與轉(zhuǎn)軸之間會有一定的過盈量，曲軸油封依靠唇口的橡膠變形與轉(zhuǎn)軸形成初始的接觸狀態(tài)，金屬骨架的作用是用來支撐油封，保證油封有一個良好裝配狀態(tài)；壓緊彈簧的設(shè)計是為了補償油封接觸所需要的徑向力，防止由于橡膠老化導(dǎo)致的油封徑向力衰減，同時保證油封與轉(zhuǎn)軸有一個良好的跟隨性，提高油封的使用壽命。在油封-轉(zhuǎn)軸裝配模型有限元建模時，考慮到油封在幾何模型、邊界條件及載荷施加都具有軸對稱特征。因此，將曲軸油封實體模型簡化成二維軸對稱模型進行分

2曲軸油封有限元建模及結(jié)構(gòu)參數(shù)分析11析，有限元建模時在不影響計算精度的前提下，對模型進行適當(dāng)?shù)暮喕�，比如去掉曲軸油封上的定位槽、倒角等。對油封的橡膠部分和支撐骨架進行網(wǎng)格劃分，壓緊彈簧采用剛性圓圈和線性彈簧單元組合的形式來代替，轉(zhuǎn)軸視為剛體部件，以解析剛體來完成轉(zhuǎn)動軸的建模。在整個油封接觸分析過程中，油封唇口的接觸分析是十分關(guān)鍵的。因此，在網(wǎng)格劃分時，對曲軸油封唇口進行網(wǎng)格細(xì)化，確保分析計算精度滿足要求。對于橡膠單元，在分析時必須使用單元類型為四邊形軸對稱雜交單元（CAX4H），因為橡膠材料本身因為剛度較低，在受載荷后可能出現(xiàn)剛度迅速減小的情況，采用雜交單元就能很好的避免這個問題。金屬骨架材料是鋼材，在建模時選擇四邊形軸對稱減縮積分單元（CAX4R）。由于四邊形網(wǎng)格在控制網(wǎng)格變形上要比三角形網(wǎng)格強。因此，整個模型的網(wǎng)格劃分均采用四邊形網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分完成之后，再經(jīng)過網(wǎng)格無關(guān)性驗證之后，得到油封網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2.2所示。圖2.2油封軸對稱模型網(wǎng)格劃分2.2.2材料模型的建立橡膠材料屬于超彈性材料，有著非常復(fù)雜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，在受到載荷變形時能迅速適應(yīng)載荷的變化從而發(fā)生變形，在載荷卸載后又迅速恢復(fù)彈性變形，因此橡膠材料被視為幾乎不可壓縮[42]。為此，進行有限元分析時假設(shè)橡膠材料不可壓縮，并且具有各向同性，變形后可以完全恢復(fù)。經(jīng)過多年的研究，國內(nèi)外學(xué)者提出過一些專門描述橡膠材料大變形的本構(gòu)模型，用來描述橡膠材料性能：如Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型、Neo-Hooke模型和Ogden模型等都是用來描述橡膠材料的本構(gòu)模型。經(jīng)過實驗研究證，Mooney-Rivlin模型是應(yīng)用最廣泛且能夠更好的模擬橡膠等不可壓縮的超彈性材料在變形較大時力學(xué)性能的函數(shù)。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3507279