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机械应力的分析方法

【摘要】:转子所受的机械载荷即为气体爆发压力,是与热负荷共同作用,因此不单独对转子机械应力进行分析。机械载荷作用下,最大应力出现在进气道旁的螺栓孔,此处螺栓预紧力最大。因此对气缸、前端盖、后端盖机械应力分布影响较大的载荷为螺栓预紧力。而对转子而言,转子不直接受螺栓预紧力的影响,其工作过程中仅受到气体爆发压力的作用,在爆发压力的作用下运动,其应力水平较低。

机械应力的计算模型中,仅加载螺栓预紧力及缸内气体压力,不考虑热负荷对结构应力的影响。由于转子发动机不同区域受热负荷与气体爆发压力不同,为了保证良好的密封效果,不同区域的螺栓预紧力大小不同。转子所受的机械载荷即为气体爆发压力,是与热负荷共同作用,因此不单独对转子机械应力进行分析。

气缸前端盖、后端盖在机械载荷作用下的应力分布如图3.31所示。气缸、前端盖、后端盖的机械应力分布情况基本相同,应力峰值出现在螺栓孔附近,且螺栓孔附近的应力大小与螺栓预紧力的大小相对应。机械载荷作用下,最大应力出现在进气道旁的螺栓孔,此处螺栓预紧力最大。气缸内壁的应力分布也明显受到螺栓预紧力的影响,在靠近螺栓孔的气缸内壁区域应力可达100MPa左右。相比而言,气体爆发压力对气缸内壁、前端盖、后端盖机械应力分布的影响较小。因此对气缸、前端盖、后端盖机械应力分布影响较大的载荷为螺栓预紧力。

由于螺栓预紧力不随发动机转速的变化而变化,由转速变化导致缸内压力的变化对气缸、前端盖、后端盖机械应力分布的影响很小。不同转速下气缸、前端盖、后端盖的机械应力分布基本相同且最大应力也相同,是由螺栓预紧力决定的。而对转子而言,转子不直接受螺栓预紧力的影响,其工作过程中仅受到气体爆发压力的作用,在爆发压力的作用下运动,其应力水平较低。

图3.31 关键零件机械应力分析(17 000r/min)

(a)气缸;(b)前端盖;(c)后端盖