气缸套

气缸套过盈装配有限元仿真

汪启军

【摘要】Badontheassumptionthattheinterferencefitofthecylinder

andcylinderlinerastwocylinders;puttheforceonthetwoliners'contact

surface,calculatethestress,simulatebadonABAQUSandcompareit

ultsshowthatthemagnitudeofinterferenceof

0.05mmisreasonable,andveralctionlinersisgoodfordecreasing

asmblestress,thefiniteelementasanewwayofsolvingcylinderliner

asmblestressandstrain.%将气缸套与气缸假设为2个圆筒件,并在2个圆筒

件接触面上施加过盈力,先采用理论计算的方法算出接触面上应力的大小,然后采用

ABAQUS进行仿真分析,将理论计算结果与分析结果进行对比.结果表明0.05mm

的过盈量选择合理,分段式缸套有利于减轻应力集中,求解缸套装配应力与变形可以

采用有限元方法进行.

【期刊名称】《压缩机技术》

【年(卷),期】2017(000)001

【总页数】3页(P25-27)

【关键词】气缸套;过盈;有限元分析

【作者】汪启军

【作者单位】中石化石油机械股份有限公司压缩机分公司,湖北武汉430040

【正文语种】中文

【中图分类】TH457

对于高压气缸或大尺寸气缸，一般需要在气缸内部镶嵌缸套，这样便于在气缸磨损

或拉缸以后进行更换，气缸与缸套的连接一般采用过盈的方式进行装配，过盈量的

选取至关重要，过盈量选取过大，气缸磨损后不便于拆卸缸套，过盈量太小，压缩

机在使用过程中会导致缸套转动和松动，导致事故的发生[1-3]。目前，一般都是

采用材料力学的方法将气缸和缸套简化为两个薄壁圆筒来进行，计算工作量大。随

着有限元分析软件的发展，采用有限元方法来对缸套的过盈量和缸套结构进行分析

可以大大提高效率和准确性。

将气缸和缸套简化为2个薄壁圆筒，装配后的过盈量为δ，在2个圆筒的接触面

上产生一个压力p。

结合目前在做的华北大牛地压缩机项目对气缸和缸套结构进行简化：套内径

r=120.65mm；外径R=132.5mm，材质38CrMoAl，弹性模量E1=210GPa，

泊松比μ1=0.3；气缸外径t=188mm，35钢，弹性模量E2=212GPa，泊松比

μ2=0.291。缸套内、外径周向应力为σθ1，σθ2，缸套内、外半径的收缩量为δr，

δR。

当δ=0.05mm，p=5.8MPa，σθ1=-67.9MPa，σθ2=-62.1MPa，δR=0.038

mm，δr=0.042mm，通过查机械设计手册[4]，38CrMoAl的σ0.2为835MPa，

满足|σθ2|=62.1≤σ0.2，0.05mm过盈量选择合理，见图1。

3.1仿真流程图

采用ABAQUS软件对压缩机气缸套过盈配合（δ=0.05mm）进行有限元分析，

分析气缸套在配合中是否产生变形，确定所选配合大小是否合适。运用ABAQUS

对过盈量为0.05mm情况下的缸套装配仿真，其流程图2所示[5]。

3.2材料参数，参见表1

3.3模型简化

简化后的几何模型，如图3所示，简化气缸与缸套结构。

3.4网格划分和单元选取

网格模型采用二阶六面体单元C3D20R，单元数量为24136，如图4所示。

3.5载荷和约束

固定约束气缸端面，在参考点RP上施加700mm的位移，如图5所示。

3.6仿真结果

仿真分析得出的应力及缸套的变形如图6～9所示。由图可知，缸套与气缸过盈配

合的接触压应力在整个接触面上并非处处相等，在气缸套中间段受力与变形比较均

匀，在缸套阀座孔处应力集中以及变形均较大。

应力值对比如表2所示。

应变值对比如表3所示。

通过比较，当过盈量为0.05mm时，理论值与仿真值的误差度小于5%，说明采

用有限元法对缸套过盈装配分析是完全可行的。

（1）有限元法能够更加直观的显示缸套的应力应变分布，采用三段式缸套对于改

善缸套的受力变形效果更好；

（2）通过理论值与仿真值对比说明0.05mm的过盈量选择合理；

（3）采用有限元方法进行缸套过盈装配仿真是完全可行的，可以大大减少计算的

工作量，提高计算的准确性。

【相关文献】

[1]陈伯贤．连杆小头衬套的结构与设计[J]．内燃机配件，1989，（3）：1-9．

[2]沈萍．过盈配合的铜套内径加工尺寸的计算[J]．轴承，2001，（8）：20-21．

[3]杨继志．装配过盈量对轴套壁厚和内径的影响[J]．内燃机配件，1994，（1）：29-31．

[4]闻邦椿．机械设计手册[M]．北京:机械工业出版社，2009．

[5]易日．使用ANSYS6.1进行结构力学分析[M]．北京：北京大学出版社，2002：344-380．