【摘 要】
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随着汽油发动机环保要求的不断提高和动力性能的不断提升,对发动机的密封性能提出了更高的要求,气缸垫的密封性能直接影响到汽车发动机的整体性能和可靠性。本文以4A95TD型汽油发动机为对象对其配套的气缸垫进行了优化设计,分析了不同结构气缸垫对发动机密封性能的影响规律,在此基础上研究了整机装配后螺栓预紧力对于密封性能的影响规律,确定了合理的预紧力数值。（1）采用正/逆向混合建模技术对汽车发动机缸体和缸盖进
【基金项目】
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锦州光和密封实业有限公司的汽车发动机气缸垫生产项目,辽宁省教育厅科技研究项目（项目编号:CYYJY-201802）；
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随着汽油发动机环保要求的不断提高和动力性能的不断提升,对发动机的密封性能提出了更高的要求,气缸垫的密封性能直接影响到汽车发动机的整体性能和可靠性。本文以4A95TD型汽油发动机为对象对其配套的气缸垫进行了优化设计,分析了不同结构气缸垫对发动机密封性能的影响规律,在此基础上研究了整机装配后螺栓预紧力对于密封性能的影响规律,确定了合理的预紧力数值。（1）采用正/逆向混合建模技术对汽车发动机缸体和缸盖进行了三维模型重构。运用Handyscan 3D激光扫描仪获取了点云数据,采用线切割-硅胶填充的组合方法获取缸盖内部水道气道结构点云数据;运用Geomagic Studio软件对点云进行了预处理,采用正/逆向混合建模方法在CATIA中进行建模;在Solid Works中,对配套螺栓预紧力进行正向建模,根据设计的气缸垫二维图纸对气缸垫进行三维建模,并完成发动机的整机装配,为缸盖-气缸垫-缸体组合结构的数值仿真分析奠定基础。（2）根据所研究发动机的设计参数结合材料的压缩回弹实验数据确定了发动机气缸垫的选型和材料牌号,通过设计计算和仿真优化,确定了气缸垫的初步结构和建立了三维实体模型,完成了缸盖-气缸垫-缸体的装配。（3）基于ANSYS Workbench仿真平台对所设计的气缸垫组合结构进行数值模拟,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。对发动机整机装配体模型进行稳态场分析,研究了气缸垫在螺栓预紧力的作用下的静力学特性,将分析结果与面压试验结果进行对比分析,验证了密封垫设计的合理性和仿真结果正确性;为了改善气缸垫片的密封性能、提高其疲劳寿命,基于多目标遗传算法对气缸垫结构进行优化设计,完成了气缸垫的最终设计。（4）对设计的汽油发动机气缸垫进行了疲劳校核。通过疲劳试验获取了气缸垫在1000万次机械载荷作用下气缸垫的受力与位移情况,对优化后的气缸垫结构进行了静动态特性校核,最终验证了所设计的气缸垫能够满足疲劳设计寿命的使用要求。（5）对发动机缸盖-气缸垫-缸体组合结构进行了流-热-固双向耦合场有限元分析。依据冷却液速度矢量图、发动机整体温度分布云图以及气缸垫的应力分布云图综合考虑实际工作条件后,基于多目标遗传算法对螺栓预紧力进行了优化调整,从而提高整机的密封性能。本文设计的气缸垫已在锦州光和密封实业有限公司得到应用,应用结果表明发动机的密封性能和寿命得到提高,为汽车发动机整机性能和可靠性的提高奠定了基础。
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