機(jī)車柴油機(jī)噴油泵凸輪接觸應(yīng)力分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——機(jī)車柴油機(jī)噴油泵凸輪接觸應(yīng)力分析經(jīng)典理論，并在以往的凸輪機(jī)構(gòu)接觸問(wèn)題中得到廣泛應(yīng)用。但是基于其自身的假設(shè)，將Hertz理論應(yīng)用于變曲率半徑接觸表面的應(yīng)力計(jì)算中，其結(jié)果的精度就會(huì)降低。因此，對(duì)于繁雜表面的接觸問(wèn)題，Hertz理論可以作為一種估算的方法。而由于有限元法可以求解邊界條件，幾何形狀，載荷方式極為繁雜的問(wèn)題，所以目前得到了廣泛應(yīng)用。基于上述研究方法的特點(diǎn)，可以利用Hertz理論對(duì)原滾輪凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行估算，然后通過(guò)有限元分析軟件ANSYS對(duì)基本尺寸一致而滾輪外形略有區(qū)別的一系列柴油機(jī)滾輪凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，尋覓不同滾輪外形對(duì)接觸應(yīng)力分布的影響規(guī)律。本算例中：滾輪赫茲應(yīng)力：σmax=0.418F為柱塞銷給滾輪的法向作用力，取20238N;E為材料的彈性模量，取206GPa;ρ1為凸輪接觸處的曲率半徑，取無(wú)窮大;ρ2為滾輪在接觸處的曲率半徑，取13mm，b為滾輪與凸輪接觸寬度，取17mm。計(jì)算得σmax=1806MPa。

1.2有限元計(jì)算

在有限元分析軟件中，接觸分析是一個(gè)較繁雜的問(wèn)題，隨著接觸狀態(tài)的改變，接觸表面的法向和切向剛度都有顯著的變化，剛度方面大的突變尋常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重地收斂困難。其次在建立接觸之前，模型中某些區(qū)域初始為無(wú)約束自由體，整體剛度為零，在靜態(tài)分析中，無(wú)約束自由體在數(shù)學(xué)上是不穩(wěn)定的，求解“溢出〞。因此結(jié)構(gòu)中微小地改變都有可能導(dǎo)致運(yùn)算結(jié)果不收斂，在建立本接觸模型時(shí)要特別注意。本次模型計(jì)算的目的是找到適合的滾輪外形結(jié)構(gòu)，這需要對(duì)滾輪外形進(jìn)行一系列微小的改變，為了使?jié)L輪在結(jié)構(gòu)改變的時(shí)候，模型的約束和受力具有通用性，有必要在不影響結(jié)果的狀況下對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，使模型更簡(jiǎn)單添加約束。

2計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算與對(duì)比可以得到如圖1、圖2、圖3和圖4。

倒角或倒圓滾輪節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)力峰值的變化曲線圖的等效應(yīng)力變化曲線圖。（1）如圖1所示，對(duì)于圓柱型滾輪，假使存在45°的倒角或倒圓，邊緣應(yīng)力會(huì)更大。（2）如圖2，3所示，鼓型滾輪和加倒圓的圓柱型滾輪，隨半徑的增大，其應(yīng)力峰值均先減小后增大，但是在小半徑（R361.3），且L2=0.1mm的時(shí)候，加倒圓的滾輪應(yīng)力峰值明顯小于鼓型滾輪的應(yīng)力。所以當(dāng)R361.3時(shí)，為了減小滾輪與凸輪間的接觸應(yīng)力，選用加倒圓的圓柱型滾輪好于選用鼓型滾輪，當(dāng)R361.3時(shí)，選用鼓型滾輪好于選用加倒圓的圓柱型滾輪。（3）如圖3所示，對(duì)于鼓型滾輪，當(dāng)滾輪半徑為5000mm時(shí)，此時(shí)應(yīng)力最小為1009MPa，且應(yīng)力分布很均勻，所以選用鼓型滾輪時(shí)，滾輪半徑可以選用5000mm。當(dāng)滾輪半徑達(dá)到1000000mm時(shí)，其應(yīng)力及應(yīng)力分布與不加倒角和倒圓的圓柱型滾輪相近如圖2所示，對(duì)于加倒圓的圓柱型滾輪，滾輪應(yīng)力峰值位置處于倒圓與棱邊的相切點(diǎn)，假使固定L2=0.1mm不變，當(dāng)L=5mm時(shí)（R=180.05mm），其應(yīng)力分布十分均勻。等效應(yīng)力峰值最小為1265MPa。所以L2=0.1mm的時(shí)候，選用加倒圓的圓柱型滾輪時(shí)，圓弧半徑可以選用180.05mm。但是這類倒圓?。↙2=0.1mm）應(yīng)力范圍較小，所以可以考慮減小下沉量，并加大圓弧半徑以期望達(dá)到更好的效果。（4）如圖4所示，本課題依托的實(shí)際模型，存在的磨損現(xiàn)象與計(jì)算仿真結(jié)果一致，等效應(yīng)力峰值明顯大于其它結(jié)構(gòu)的滾輪，其應(yīng)力峰值位置處于倒角邊與棱邊的相交點(diǎn)上，所以通過(guò)機(jī)加工消除這種點(diǎn)，使?jié)L輪表面圓滑，以減小應(yīng)力峰值。

總之，通過(guò)有限元計(jì)算可知，為了減小滾輪的邊緣應(yīng)力，可以給滾輪加大的倒圓弧或采用大弧度的鼓型滾輪，但不