CN108869086A - 一种强化缸盖螺栓孔支撑结构 - Google Patents

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卫军朝
张丽
王延荣
姚亮宇
高丽英
张丽强
王俊斌
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Abstract

本发明提供了一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，它与水腔、气道及其它支撑结构共同组成缸盖，包括缸盖、缸盖螺栓孔支撑结构和机体，所述缸盖通过缸盖螺栓与缸盖螺栓孔支撑结构作用连接在机体的上表面，所述缸盖螺栓孔支撑结构呈扇形结构，且与缸盖螺栓头部相接触的一侧厚度小于与机体相接触的一侧厚度。本发明有益效果：具有优良的承载特性，可以承载较高的螺栓预紧力；强化缸盖螺栓预紧力作用在缸盖螺栓孔支撑结构上，仅在作用面最近的区域内起主要作用，而在缸盖水腔结构和气道结构与缸盖螺栓支撑结构的相交区域应力水平较低，有利于提高缸盖结构可靠性；同时，可推广到其它高功率密度发动机结构件。

Description

一种强化缸盖螺栓孔支撑结构
技术领域
本发明属于发动机零部件技术领域，尤其是涉及一种强化缸盖螺栓孔支撑结构。
背景技术
气缸盖是组成发动机燃烧室的重要零件，结构复杂，工作条件恶劣，在承受巨大螺栓预紧力的同时，还要承受高温高压燃气的冲击，承载的机械负荷和热负荷都很大。气缸盖包括气道、水腔、螺栓孔支撑等结构，以实现进排气组织、缸内燃气密封等功能，同时满足机械负荷和热负荷的承载需求，其中缸盖螺栓孔支撑结构的承载能力和承载特性直接影响缸盖结构可靠性。目前，普通缸盖螺栓孔支撑结构为等壁厚筒状结构，其结构设计简单，铸造流动性好，在与缸盖水腔和气道结构相交的部位应力较高，但满足普通气缸盖的结构可靠性要求。
随着发动机功率密度的提升，缸内燃气压力和燃气热负荷急剧增长，缸盖螺栓预紧力变大，缸盖承载的热负荷和机械负荷也大幅增长，对缸盖的承载结构提出了更高的要求，缸盖螺栓孔支撑结构作为缸盖结构的重要组成部分，其承载能力和承载特性关系到缸盖结构的可靠性。通用缸盖螺栓孔支撑结构承载能力较小，在与缸盖水腔和气道等结构相交的部位会出现应力集中的现象，影响缸盖的结构可靠性，使得缸盖满足不了高功率密度柴油机的使用要求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，以解决上述问题的不足之处。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，它与水腔、气道及其它支撑结构共同组成缸盖，包括缸盖、缸盖螺栓孔支撑结构和机体，所述缸盖通过缸盖螺栓与缸盖螺栓孔支撑结构作用连接在机体的上表面，所述缸盖螺栓孔支撑结构呈扇形结构，且与缸盖螺栓头部相接触的一侧厚度小于与机体相接触的一侧厚度。
进一步的，所述缸盖内还设有气道和缸盖水腔，所述气道和缸盖水腔内部均不与缸盖螺栓孔支撑结构相干涉。
进一步的，所述缸盖螺栓孔支撑结构扇形截面上与机体相接触的底边、连接与螺栓相接触的竖直边和斜边上的过渡圆角的结构尺寸均通过有限元方法确定。
相对于现有技术，本发明所述的强化缸盖螺栓孔支撑结构具有以下优势：
本发明所述的强化缸盖螺栓孔支撑结构具有优良的承载特性，可以承载较高的螺栓预紧力；强化缸盖螺栓预紧力作用在缸盖螺栓孔支撑结构上，仅在作用面最近的区域内起主要作用，而在缸盖水腔结构和气道结构与缸盖螺栓支撑结构的相交区域应力水平较低，有利于提高缸盖结构可靠性；同时，可推广到其它高功率密度发动机结构件。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的强化缸盖螺栓孔支撑结构的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的缸盖螺栓孔支撑结构的截面图；
图3为本发明实施例所述的强化缸盖螺栓孔支撑结构的承载应力梯度图。
附图标记说明：
1-缸盖螺栓；2-缸盖；3-缸盖水腔；4-缸盖螺栓孔支撑结构；5-气道；6-机体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，它与水腔3、气道5及其它支撑结构共同组成缸盖2，包括缸盖2、缸盖螺栓孔支撑结构4和机体6，所述缸盖2通过缸盖螺栓1与缸盖螺栓孔支撑结构4作用连接在机体6的上表面，所述缸盖螺栓孔支撑结构4呈扇形结构，且与缸盖螺栓1头部相接触的一侧厚度小于与机体6相接触的一侧厚度。
所述缸盖2内还设有气道5和缸盖水腔3，所述气道5和缸盖水腔3内部均不与缸盖螺栓孔支撑结构4相干涉。
所述缸盖螺栓孔支撑结构4扇形截面上与机体6相接触的底边、连接与螺栓1相接触的竖直边和斜边上的过渡圆角的结构尺寸均通过有限元方法确定。
如图2所示的缸盖螺栓孔支撑结构截面示意图，其中与缸盖螺栓1头部相接触的一侧厚度为a，与机体相接触的一侧厚度为b，且尺寸b大于a，缸盖螺栓孔支撑结构4的截面高度与缸盖2高度相同均为h，缸盖螺栓孔支撑结构4截面上的斜边c与h、b共同组成直角三角形，缸盖螺栓孔支撑结构4截面上c和d边的过渡圆角为R。
本发明涉及的强化缸盖螺栓孔支撑结构在工作过程中，与缸盖螺栓1的接触面承载应力最大，承载应力梯度如图3所示，在缸盖螺栓孔支撑结构4高度方向分为3个承载区域，承载区域h1应力梯度最大，h1深度在过渡圆角R附近；承载区域h2应力梯度最小，其最大应力约为缸盖螺栓1接触面应力的1/10；承载区域h3应力梯度较小，其最大应力约为缸盖螺栓1接触面应力的1/3。
强化缸盖螺栓孔支撑结构在设计过程中，a和h尺寸由缸盖总成设计确定，b和R尺寸通过采用有限元方法进行刚强度计算来确定，同时，设计过程中缸盖水腔3和气道5内部应尽量避免与缸盖螺栓孔支撑结构4相干涉，以保证强化缸盖螺栓孔支撑结构具有优良的承载特性，即强化缸盖螺栓预紧力作用在缸盖螺栓孔支撑结构上，仅在作用面最近的h1区域内起主要作用，而在h2区域应力水平较低。h2区域为缸盖水腔3侧壁和气道5侧壁与缸盖螺栓支撑结构4的相交区域，此处应力水平的降低有利于缸盖结构可靠性的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，其特征在于：包括缸盖、缸盖螺栓孔支撑结构和机体，所述缸盖通过缸盖螺栓与缸盖螺栓孔支撑结构作用连接在机体的上表面，所述缸盖螺栓孔支撑结构呈扇形结构，且与缸盖螺栓头部相接触的一侧厚度小于与机体相接触的一侧厚度。
2.根据权利要求1所述的一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，其特征在于：所述缸盖内还设有气道和缸盖水腔，所述气道和缸盖水腔内部均不与缸盖螺栓孔支撑结构相干涉。
3.根据权利要求1所述的一种强化缸盖螺栓孔支撑结构，其特征在于：所述缸盖螺栓孔支撑结构扇形截面上与机体相接触的底边、连接与螺栓相接触的竖直边和斜边上的过渡圆角的结构尺寸均通过有限元方法确定。
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