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滚轮与滚轮销接触应力分析及结构优化

鏃ユ湡;2019-07-11  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  在工程学和力学领域,接触问题一直是人们广泛关注并迫切需要攻克的难点问题之一,由于接触受到材料变形、载荷以及接触区域变化等因素的影响,使得接触问题具有复杂的非线性。通常采用数学解析法和数值法来求解接触问题,数学解析法求解非线性问题时难以获得精确解,常规数值法因为需要多次迭代,占用较多资源并且耗时长。而有限元法通过建立几何模型并加载边界条件,用简单问题代替复杂问题求解,使问题得到简化,因此广泛应用于接触问题的求解中。本论文的研究对象是柴油机喷油泵凸轮机构,由于滚轮和滚轮销在工作过程中相互接触,使得滚轮销上产生了应力分布不均匀现象。这种现象会导致滚轮和滚轮销产生早期疲劳磨损,严重影响到喷油泵凸轮机构的工作性能和使用寿命。本论文以这个问题为研究背景,对滚轮和滚轮销进行三维实体建模,并将其导入ANSYS中进行分析计算。分析结果显示,滚轮销上在与滚轮接触的线性区域两端出现了明显的应力集中现象,容易导致滚轮和滚轮销磨损。为了减小滚轮与滚轮销的磨损现象,本论文通过三种方式对滚轮和滚轮销的结构进行优化,即单独对滚轮销外圆进行优化、单独对滚轮内孔进行优化以及同时对滚轮内孔和滚轮销外圆进行优化,然后对优化后的模型依次进行分析计算。由分析结果可知,通过这种方式可以有效缓解滚轮销边缘效应,改善滚轮销上应力分布不均匀的状况。通过分析不同载荷条件下滚轮和滚轮销修型凸度量大小可知,载荷越大,凸度量也越大。最后,研究了滚轮销材料Cr12钢的几种不同热处理方式以及在不同热处理方式下滚轮销的工作性能,并通过有限元软件分析了两种不同材料的滚轮销在与滚轮接触过程中其表面应力的分布情况后得出,滚轮销材料为Cr12钢时比它的材料为17CrNiMo6钢时性能更好一些。

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