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基于有限元分析的活塞固定裝置

發表時間:2022-04-05 22:08 閱讀:
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      農用柴油機無論在生產過程中還是實際使用中需要對其安裝、拆卸與維護,這時需將活塞總成固定在缸體上,以便于裝配。尤其是在柴油機試車提交完成后,在出廠發運進行拆機分解時,須先將活塞吊出缸體進行保養,再吊入每缸缸套內并在缸體上固定好,以便于到達相應船廠后的安裝。上述兩種情況下,都需要將活塞方便、安全地固定在每一缸的缸體上,所以,需要為活塞設計一套滿足上述要求的固定裝置。
      結合裝配人員和使用人員對此裝置的改進建議,在設計好該裝置后,須進行強度及剛度校核,而現在企業和科研機構普遍都采用相關的有限元分析軟件對機械零件的強度等進行分析計算。當前常見的專業有限元計算軟件有ANSYS、ABAQUS、MSC.NASTRAN等,但這些軟件的機械CAD功能相對較弱,往往一些復雜模型的建模、出工程圖等工作不容易完成,且對操作人員的要求也較高,一般只有專業的分析師才能方便使用,因此,在企業中的推廣有一定的局限性。而UGNX7.5軟件中高級仿真(NX.NASTRAN)模塊也具備強大的有限元計算功能,且UG在企業中普遍使用。應用UG軟件,可在產品設計過程中很方便的進行分析,并根據分析結果及時調整設計參數,提高產品的可靠性和設計效率。本文選用UGNX7.5,對設計的活塞固定裝置進行有限元分析,為此裝置的進一步優化設計提供方法和理論參考。
      活塞固定裝置裝配在缸體上以后,柴油機上相鄰部位各零部件的空間位置關系如圖1所示。那么,為了讓此裝置能夠滿足使用要求,在設計時,需重點考慮如下三點:
      1)要讓其在空間結構上滿足要求(即活塞桿與十字頭銷在每一缸上止點進行分解或裝配時,須滿足在此狹小的空間內,工裝不能跟任何零部件相碰或者干涉);2)要方便操作人員使用(即操作人員要非常方便地進行工裝的安裝與拆卸,這樣,才能最大化地提高生產效率);3)要確保其安全性(即此工裝一定要滿足強度要求)。
      綜合考慮以上三點后,設計出的活塞固定裝置的三維模型如圖2所示。
      在設計任何工裝時,安全始終是放在第一位的。在設計好活塞固定裝置的結構以后,對其進行強度校核,確保在一定的安全系數下工作,是整個工裝設計中最重要的環節。所以,要對本活塞固定裝置進行準確、可靠的強度校核計算。確保此裝置裝上柴油機后能安全工作就顯得尤為重要。
      有限元方法簡而言之即把結構離散化,將彈性體的求解區域分割為有限個小單元,單元之間通過有限個節點進行相互連接,然后構造位移插值函數,利用最小位能的原理,根據變形協調條件來綜合求解。由于單元的數目和節點的數目都是有限的,所以稱之為有限元法。通過改變單元的數目,可以使解的精確度改變,從而得到與真實情況無限接近的解。


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