连杆衬套表面形貌对过盈配合的影响研究

摘要

随着发动机向高速、大功率、高紧凑性的方向发展，其零部件的结构强度及可靠性问题日趋突出。重要的影响因素有选材、加工、配合选择等。发动机连杆衬套是活塞与连杆的连接部件，是发动机关键部件之一，其性能的好坏直接影响着发动机整机的可靠性和寿命。课题组研制生产的强力旋压锡青铜连杆衬套，具有高强度、高硬度、耐磨损、长寿命和具有良好的综合力学性能等特性。在高比压工况条件下，这种衬套基本满足了高速大功率柴油机相关使用性能的需求。但到目前为止，课题组关于衬套的表面形貌对“衬套-连杆小头孔”配合特性的研究还不够深入，制约了该种衬套性能的充分发挥。
　　本文依托分形插值理论，重构连杆衬套的表面形貌，运用APLD参数化语言编写程序，按照自底向上建模的方式建立具有表面形貌特征的连杆衬套实体模型，进行接触分析，深入开展表面形貌对过盈配合性能的影响研究。
　　论文首先对前人关于连杆衬套的研究成果进行了分析和概述，明确了本文研究工作的内容和拟解决的关键问题。为了探寻解决该问题的方法，对传统过盈配合的弹、塑性理论进行了对比分析，指出当前相关技术存在的优势和不足，并对连杆衬套的表面形貌进行描述和重构，建立表面形貌的模型。重构的首要前提是初始数据的获取，本文采用数学模拟和实验测量两种方法获取初始插值数据，根据获取的初始插值数据，结合分形插值理论，编写分形插值程序，得到了多种类型的表面形貌，并利用测量数据重构的表面形貌与电子照片对比分析。分析结果表明，本文所建立的表面形貌描述模型具有较高的精度，可以作为后续研究的基础模型。在此基础上，论文选取了合适的过盈配合模型、表面形貌实体模型和接触模型，并采用正交试验的方法确定了有限元分析的关键参数——单元尺寸和法向接触刚度参量。最后论文针对不同过盈量、不同表面形貌的衬套模型进行了有限元分析，得出了静配合条件下的接触应力、接触间隙等参量的分布规律。通过进一步分析表明，在一定范围内提高表面形貌的光洁度，有助于改善接触面间的应力分布不均的状况，有助于减小表面形貌对过盈量的影响，最终可以提高配合性质和配合件的使用寿命。

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1 绪论

1.1 论文研究的背景

1.2 国内外研究现状及发展动态

1.3 论文研究的意义

1.4 本文主要研究工作

2 过盈连接设计理论

2.1 厚壁圆筒理论

2.2 薄壁圆筒理论

2.3 过盈连接的弹、塑性理论

2.4 本章小结

3 连杆衬套表面形貌的描述与评定

3.1 表面形貌的研究现状

3.2初始数据获取的数学模拟法

3.3 初始数据获取的测量法

3.4 本章小结

4 连杆衬套表面形貌的分形重构

4.1 分形重构概述

4.2 分形插值

4.3 分形维数与表面粗糙度

4.4 分形维数计算实例

4.5 本章小结

5 连杆衬套仿真模型的建立

5.1 过盈连接模型的建立

5.2 分形法建立表面形貌

5.3 实体模型的建立

5.4 接触模型的创建

5.5 本章小结

6 连杆衬套过盈配合的有限元分析及统计分析

6.1 过盈配合接触理论

6.2 连杆衬套过盈配合有限元计算

6.3 仿真计算结果及分析

6.4 本章小结

7 论文主要成果、结果及展望

7.1 论文主要成果和结论

7.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢