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高压油泵是柴油机的关键部件,其中滚轮、滚轮销等零件的结构、加工工艺、装配工艺等若设计不当,工作过程中在高压作用下会使滚轮与滚轮销之间的接触应力分布不均,甚至出现局部应力集中现象,导致滚轮或滚轮销发生局部严重磨(破)损,直接影响高压油泵的工作性能及使用寿命。本文结合对某型号柴油机高压油泵滚轮与滚轮销之间的接触应力分析,期望通过对滚轮孔面和滚轮销外圆面的修型处理来改善其接触状态,以便消除或减小应力集中现象,提高其工作性能及使用寿命。研究工作具有重要的理论和现实意义。 本文建立了柴油机喷油泵中的滚轮与滚轮销接触副的实体模型,用有限元分析软件ANSYS,得到了滚轮与滚轮销的接触状态,及其应力应变分布情况。通过滚轮孔与滚轮销外圆表面的凸度修型处理,进一步讨论了凸度量对滚轮与滚轮销接触应力应变分布的影响规律。此外,分析了滚轮销材料及其热处理方式对滚轮销性能的影响,获得了不同材料滚轮销的应力应变分布情况。 分析结果表明,滚轮与滚轮销若采用标准孔与销轴接触,工作过程中在高压作用下滚轮与滚轮销之间的接触应力分布严重不均,两端处的最大接触应力约达220 MPa,是中间的接触应力大约3.2倍,这点与滚轮和滚轮销的磨(破)损痕迹相一致,证明导致滚轮和滚轮销磨(破)损的主要原因是工作过程中接触应力分布不均。滚轮内孔磨损位置在两端,滚轮销外圆磨损痕迹出现在与滚轮相对应位置;将有限元分析的结果与第二章He rtz理论的解析解做了比较,接触应力的误差为5.5%,验证了三维接触模型的网格划分、接触算法及边界条件的正确性和收敛性;选用滚轮内孔内凸,或者滚轮销外圆外凸的时候可以有效的减小应力集中的现象,并且应力分布较之前均匀,修型效果明显,提高了滚轮、滚轮销的承载能力和使用寿命。通过对不同载荷情况下滚轮的接触应力进行分析统计,为在不同载荷下选择合适的凸量度提供了依据。 此外,控制材料的碳化物形态及分布,采用合理的淬火工艺和表面处理,对于稳定滚轮销的基体组织具有重要的作用。相比较而言,滚轮销用 Cr12材料制造可获得比17CrNiMo6材料略小的应力应变,有利于改善滚轮与滚轮销之间的接触状态。