中型CNG發(fā)動機凸輪-挺柱接觸應(yīng)力與疲勞磨損失效分析.pdf

1、配氣機構(gòu)是新型CNG發(fā)動機的重要組成部分，CNG發(fā)動機配氣凸輪機構(gòu)常因設(shè)計、生產(chǎn)和使用等原因，發(fā)生挺柱飛脫和磨損失效現(xiàn)象。本文以6110中型CNG發(fā)動機配氣凸輪機構(gòu)為研究對象，系統(tǒng)地分析了接觸應(yīng)力與疲勞磨損之間的關(guān)系。首先對挺柱、氣門進行了運動彈性動力學(xué)理論計算，結(jié)果表明：在怠速和額速工況下氣門均能正常工作，而超速50％時，挺柱在凸輪轉(zhuǎn)至55o～125o時發(fā)生了飛脫；應(yīng)用赫茲公式計算了凸輪挺柱間的接觸應(yīng)力，結(jié)果表明最大應(yīng)力位置在最大加速

2、度處(凸輪轉(zhuǎn)至360)，最大接觸應(yīng)力為440MPa，小于最大許用應(yīng)力823MPa；凸輪桃尖處的次大應(yīng)力為350MPa。 為校驗理論計算結(jié)果，應(yīng)用有限元軟件LS-DYNA模擬研究了凸輪機構(gòu)運動特征和凸輪挺柱的接觸應(yīng)力。與理論計算對比，挺柱升程和速度吻合較好，加速度存在較大的偏差，其原因是理論計算得到的是接觸表面理想光滑狀態(tài)下的解，而模擬中，接觸表面網(wǎng)格的劃分決定了光滑程度，為此相對粗糙的凸輪型面使挺柱產(chǎn)生極大的瞬時加速度。怠速和額

3、速工況下接觸應(yīng)力結(jié)果與理論計算結(jié)果相吻合，兩種工況下模擬最大接觸應(yīng)力(640MPa)出現(xiàn)在凸輪桃尖部位，大于理論計算最大值(440MPa)，但仍小于最大許用應(yīng)力：在挺柱最大加速度時刻，兩種工況下最大接觸應(yīng)力(380MPa)稍小于理論計算最大值，最大接觸應(yīng)力出現(xiàn)的位置與理論計算不同。而最大接觸應(yīng)力與理論計算存在差異的原因在于兩者的接觸方式，模擬中多有點接觸的情況發(fā)生，而理論計算是在接觸狀態(tài)理想的假設(shè)前提下進行的。凸輪挺柱間的摩擦包含了滑動

4、摩擦和滾動摩擦的復(fù)合摩擦過程，接觸是瞬間接觸-瞬間分離，循環(huán)往復(fù)的過程。正是凸輪挺柱間周期性接觸應(yīng)力的作用，使得二者之間表面產(chǎn)生疲勞磨損失效。 采用了化學(xué)成分分析、硬度檢測、掃描電鏡等手段對失效凸輪挺柱進行了實驗分析。研究了凸輪挺柱的主要磨損形式、磨損機理及其影響因素，認為凸輪挺柱的主要磨損形式為疲勞剝落、犁溝切削及磨料磨損，磨損機理為接觸疲勞失效。計算了不同轉(zhuǎn)速下的最小潤滑油膜厚度與接觸應(yīng)力大小之間的關(guān)系。當轉(zhuǎn)速為1000r/