《强力旋压连杆衬套分析与试验》汇集了作者近年来从事柴油机连杆衬套的研究成果。《强力旋压连杆衬套分析与试验》针对大功率、高密度柴油机连杆衬套，阐述了连杆衬套强力旋压加T技术的具体实施；应用数值仿真手段研究了旋压成形过程巾材料流动规律、旋压力变化规律；基于BP神经网络和遗传算法的T艺参数优化方法，对连杆衬套旋压T艺参数进行了优化设计；分析了相关参数对衬套孔径变形、接触强度、微动特性的影响；结合平均流量模型和表面峰元接触理论，探讨了考虑挤压效应的平均流量模型的求解方法，分析了表面粗糙度、半径间隙对衬套润滑特性的影响规律；研制了模拟连杆衬套实际T况的摆动摩擦副摩擦磨损模拟试验台，并对强力旋压连杆衬套进行了摩擦磨损模拟试验。

　　《强力旋压连杆衬套分析与试验》：
　　第1章 绪论
　　1.1 引言
　　内燃机是国民经济中T业、农业、交通、国防等各个领域应用最广泛的动力装置。滑动轴承作为现代化、高速、体积更紧凑的内燃机（包括柴油机、汽油机）的关键部件，已成为发动机提高功率、减少燃油消耗、提高运行可靠性的制约因素之一。因此，内燃机滑动轴承设计、制造技术越来越受到各方面的重视。
　　内燃机滑动轴承主要包括曲轴主轴承、连杆大头轴承、连杆小头轴承（衬套）、止推轴承以及凸轮轴轴承。作为内燃机摩擦副的主要轴承，连杆轴承承受着很高的非稳定载荷，即动载荷，属于典型的动载滑动轴承。由于内燃机轴承的位置结构受到严格的限制，且T作条件恶劣，所以内燃机轴承在结构和设计方面有许多特殊性。随着内燃机轴承润滑理及设计计算方法的深入研究，尤其是电子计算机技术的发展和普及，近代内燃机轴承的设计计算方法更完善、更可靠、更系统。正确的设计、有效的分析是内燃机轴承高承载力、长寿命的基础和保证[1]。
　　由于内燃机T作过程的周期循环间歇性，以及曲柄连杆机构的不平衡惯性载荷的作用，内燃机轴承具有以下特点[2]。
　　1）轴承承受的载荷大小、方向瞬时变化
　　四冲程内燃机，曲柄转720。为一循环周期；二冲程柴油机，曲柄转360。力-T作循环。因此，相应的内燃机轴承的载荷也是周期变化的动载荷。载荷变化周期随内燃机T作循环而异。交变动载荷导致轴承T作表面材料产生交变应力，是轴承疲劳失效的主要原因。
　　2）轴承表面速度变化大
　　轴颈在周向旋转运动的同时，瞬时伴有径向挤压运动。即轴颈摩擦副运转过程中，其相对运动存在瞬时有效角速度为零的时刻，此时刻旋转油膜压力为零，轴承表面油膜厚度极小，可能发生轴颈表面与轴瓦T作表面之间的瞬时接触，导致二体磨损或三体磨损现象。
　　3）轴承T作温度较高
　　内燃机轴承受燃烧室高温影响，加之轴承内部产生的摩擦热，导致轴承表面丁作温度较高，其温度可达100~170℃。较高的T作温度引起润滑油黏度的降低及轴承合金材料机械性能的下降和劣化，严重时可能导致产生黏着磨损现象。
　　4）润滑油的污染变质
　　发动机燃烧产物及冷却水系统的影响，有时会导致润滑系统中混入水分或杂质，或者添加剂分解损耗，造成润滑油稀释、老化、污染变质，进而引起轴承油膜厚度的变化及轴承T作表面的腐蚀磨损。
　　5）轴承的变形复杂，难以计算和测量
　　内燃机运转T作过程中，曲轴、连杆及轴承座本身结构以及热应力的影响，或者制造装配的误差，这些都会导致轴和轴承座的变形，引起载荷的集中，产生偏磨现象。对于多缸柴油机，轴承副的变形和轴承载荷的精确计算都极为困难。
　　6）润滑油黏度除了随温度变化，还随压力变化
　　未来车辆动力系统进一步向着大功率、轻量化、高紧凑的方向发展，在提高输出功率的同时，要求进一步缩小体积、减轻重量，以提高单位体积功率。大功率、高密度柴油机在高转速、高爆压和紧凑性等设计指标条件下，其内部的高速运动机件将在极高的气压载荷和惯性载荷的边界条件下T作，对轴承强度提出了更高的要求。不同于一般滑动轴承，摩擦副活塞销一衬套具有相对摆动运动的特点，同时活塞销一衬套摩擦副采用飞溅润滑方式，润滑条件较为恶劣，导致衬套表面的摩擦磨损进一步恶化。因此，研制大载荷、高强度、低磨耗、耐磨损、长寿命的新型连杆衬套，是目前急需解决的亘要课题。3]。
　　1.2研究进展
　　1.2.1  强力旋压成形技术的研究现状
　　为了制作更精良的产品，在普通旋压的基础上，强力旋压T艺逐渐发展而成[4]。它最早用在加T器nn、容器等民用T业领域，m现在第二次世界大战前后的瑞典、德国等欧洲国家口]。20世纪50年代强力旋压技术开始进入应用阶段，国外一些大公司开始使用该技术，主要有波音、格鲁门、通用电气、福特等。经过大量的生产经验积累，各个公司已经开始了T艺参数的系统研究，并根据实际生产经验总结出一些公式对旋压力进行计算。到了60、70年代，强力旋压技术进入大发展阶段，强力旋压设备逐渐完善定型。在美国、德国、苏联、日本、意大利、英国、瑞士等一些技术先进的国家，已经研制出各种不同类型的旋压机两百余种，并且多数已经系列化生产。从80年代开始，在自动旋压机的基础上，逐渐发展了数控旋压机，这大大提高了旋压加.T的质量。随着旋压技术的发展，旋压制品的精度也随着不断提高，其产品尺寸精度不逊于切削加.T。
　　我国强力旋压技术研究从20世纪60年代开始，当时这项技术主要用于加T航空和特殊金属制品，至今也有了较快发展。在70年代，无论火箭导弹和航天技术等国防T业领域还是民用T业领域都开始广泛应用强力旋压技术，因为它具有其他加TT艺所不具备的优异性。国外的旋压设备和技术被引进国内，通过国内研究人员的不断消化、吸收、创新，研制出各种新的产品。当时国内的数控录返旋压机已达到了与国外相当的水平。北京有色金属研究总院于1977年创议召开旋压会议，出版了大量与旋压技术相关的文集，至今共有十一届旋压技术交流大会文集出版，集中反映了全国旋压技术的科研成果。在旋压设备的研究方面，我国的研制水平取得了很大的发展，正在缩短与国外先进国家的差距凹J]。
　　在变形理论研究方面，国外的许多学者都进行了研究。例如，卡尔巴克赛格路（ Kalpakcioglu）和阿维佐（Avitzur）为了摆脱T艺参数设计时尝试法的盲目性，揭示旋压过程中材料的变形机理，曾分别对这一问题做了一些模型和解析。在国外研究筒形件旋压力的各种文献中8-10]，叶山益次郎在文献[13]中提出的算法结果较好。文献[16]通过对变形机理所作出的初步研究分析，建立了一些概念，说明了强力旋压的实际现象；并提出了旋压力的计算方法，与其他的方法相比，不合理的假定较少，精度较高。国内研究方面，文献[17]通过财锥形件强力旋压力的测试、分析和模型试验得出的结果与实际测量的结果是基本一致的。文献[18]用光弹贴片法对强力旋压成形件中残余应力在壁厚方向的分布进行测定与分析，并对残余应力的成形机理进行理论研究。文献[19]分析了各个加TT艺参数，指出正确选用旋压T艺参数，并与合理的热处理方法相结合，可以加T出理想的大尺寸高精度的产品。文献[20]对强力旋压T艺特点进行了分析，并以此为基础建立起了数据库管理系统，为合理地进行T艺参数、T装参数的选择提供了理论依据，有效地避免了生产中的盲目性，提高了生产效率。
　　1.2.2有限元数值模拟在旋压成形中的应用
　　数值模拟技术可以在产品生产之前对产品进行研究分析，为生产过程中可能遇到的一些问题与相关参数的选择提供理论的指导，可以有效避免生产中的偶然性，大大提高生产的效率，缩短研发新产品的周期。因此，有限元数值模拟技术被广泛地应用于各种金属塑性成形技术中21，22一。
　　20世纪90年代，随着计算机的发展和有限元方法的普及，越来越多的学者用数值模拟的方法对强力旋压成形过程进行分析，试图找到强力旋压过程中应力场、应变场分布，分析强力旋压过程的成形机理，解释强力旋压的变形规律23-20]，文献[26l~[28]在考虑旋轮的运动轨迹和旋轮的一些重要尺寸以及毛坯的运动，对筒形件反旋加T进行了数值模拟，研究发现旋轮作用区周向两侧存在两个产生切向收缩变形的区域，当两侧区域的收缩变形大于旋轮作用区的切向伸长量时，就产生了缩径；反之，则产生了扩径。文献[29]把有限元单元的数值模拟技术用于强力旋压T艺的辅助设计，以提高强力旋压产品研制水平。文献[30]采用有限元法对强力旋压成形过程进行分析，得到了强力旋压成形过程中塑性不稳定流动情况。文献[31]在刚塑性有限元的基础上对筒形件强力旋压的平面变形力学模型进行数值模拟，获得了正旋T艺和反旋T艺的塑性流动速度场，以及应变和应变速率的分布。文献[32]对三轮强力旋压的成形过程进行模拟，建立了筒形件强力旋压的力学模型；运用大变形弹塑性有限元程序ADZNA进行分析，得到了强力旋压成形过程应力与应变场的分布规律。文献[33]对大直径薄壁筒形件错距旋压进行研究，得到了T艺参数对成形质量的影响，并对T艺参数进行优化计算，用优化的T艺参数进行试制的结果表明优化结果较好。文献[34]经过数值模拟得到了T艺参数对成形件内径尺寸精度的影响规律。文献[35]通过有限元模拟得到了筒形件壁厚方向上的残余应力，并讨论了T艺参数对残余应力的分布的影响。
　　1.2.3  人工神经网络在工艺参数优化中的应用
　　质量控制、精密加T、T艺优化等一系列问题在塑性加T领域中不可回避，人们对塑性产品不断增长的需求和加T过程提出了越来越多的要求，因此研究塑性成形制品质量的影响因素就显得很有必要。塑性成形T艺复杂、影响因素众多且T艺参教与成形质量之间没有显式形式，神经网络技术正是解决这些问题的一种行之有效的途径。因为它拥有非线性特征、信息分布性以及较强的联想能力036-38]。
　　加拿大Chun等建立了多层神经元网络模型[39]，以铝合金热加T过程的T艺参数为输入，以材料性能指标为输出，实现了对材料性能的预测。文献[40]将人T神经网络技术应用到热轧中，对流动应力进行预测。国内也有很多学者将人T神网络应用到塑性加T领域。文献[41]将神经网络技术应用于模具制造技术中，现了对T况的检测、预报和控制。文献[42]针对筒形件强力旋压问题，用神经网络方法，实现了有限元前处理的参数预选，在减少T作量的同时减少了模拟误差文献[43]以筒形件强力旋压成形的材料参数、T艺参数为输入，以旋压力最大值为输出，基于BP神经网络技术建立两者之间的映射关系，并用粒子群优化的方法实现了对筒形件强力旋压T艺参数的优化。
　　1.2.4遗传算法在塑性成形中的应用
　　遗传算法作为一种随机化搜索方法，源于白然选择和遗传变异等生物进化机制，可以有效地解决复杂的适应性系统模拟和优化问题。从产生至今不断扩展应用领域，对于不同领域、不同学科的问题，它都可以作为一种通用酌求解算法来使用。
　　……

第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究进展
1.2.1 强力旋压成形技术的研究现状
1.2.2 有限元数值模拟在旋压成形中的应用
1.2.3 人工神经网络在工艺参数优化中的应用
1.2.4 遗传算法在塑性成形巾的应用
1.2.5 衬套润滑性能的研究现状
1.2.6 国内外滑动轴承磨损试验研究现状
1.3 本书的意义和内容
1.3.1 研究意义
1.3.2 研究内容
参考文献

第2章 柴油机连杆衬套材料及加工工艺
2.1 引言
9.9 连杆衬套材料及加工工艺
2.2.1 连杆衬套材料概述
2.2.2 衬套加工工艺
2.3 强力旋压加工技术
2.3.1  工艺分类
2.3.2 强力旋压机理
2.3.3 强力旋压工艺
2.3.4 旋压件质量控制
2.3.5 缺陷的种类与控制
2.4 连杆衬套强力旋压加工技术实施
9.C小结
参考文献

第3章 连杆衬套旋压成形数值仿真
3.2 连杆衬套强力旋压成形数值模拟
3.2.1 衬套样件设计及仿真参数的确定
3.2.2 连杆衬套旋压成形有限元建模
3.3 数值模拟结果与分析
3.3.1 旋压力的分布状况
3.3.2 应力应变的分布状况
3.3.3 材料的流动
3.3.4 材料的堆积分析
3.4 无错距强力旋压成形过程影响因素分析
3.4.1 旋轮工作角的影响
3.4.2 旋轮网角半径的影响
3.4.3 台阶旋轮与双锥面旋轮的对比分析
3.4.4 旋轮进给速度的影响
3.4.5 主轴转速的影响
3.4.6 旋轮与芯模间隙的影响  
3.4.7 坯料温度的影响
3.4.8 减薄率的影响
3.5 错距强力旋压成形过程影响因素分析
3.5.1 旋轮有无错距比较
3.5.2 错距旋压旋轮结构参数的确定
3.5.3 旋轮轴向间距的影响
3.5.4 旋轮径向间距的影响
3.6 小结
参考文献

第4章 基于BP神经网络和遗传算法的强力旋压衬套工艺参数优化
4.1 引言
4.2 强力旋压连杆衬套虚拟正交试验
4.2.1 强力旋压成形质量参数和工‘艺参数
4.2.2  工艺参数对强力旋压成形质量的影响
4.2.3 强力旋压连杆衬套虚拟正交试验设计
4.2.4 试验结果与分析
4.3 强力旋压工艺参数BP神经网络建模
4.3.1 强力旋压连杆衬套神经网络建模
4.3.2 网络训练样本数据的确定
4.3.3 网络模型的训练和精度的检验
4.4 基于遗传算法的强力旋压工艺参数优化
4.4.1 强力旋压工艺参数优化模型
4.4.2  工艺参数的遗传优化
4.5 小结
参考文献

第5章 连杆衬套7L径压缩配合收缩量分析
5.1 引言
5.2 简化连杆衬套弹性理论分析
5.2.1 网筒紧配合弹性理论概述
5.2.2 压配状态下的衬套应力应变分析
5.2.3  工作状态下的衬套变形分析
5.3 连杆小头衬套活塞销三体接触强度分析
5.3.1 连杆小头衬套过盈配合强度的影响因素分析
5.3.2 怠速工况强度分析
5.3.3 比压与衬套最大等效应力
5.3.4 不同衬套的接触特性分析
5.3.5 油槽对衬套应力应变的仿真分析  
5.4 连杆衬套的热结构耦合分析
5.4.1 热应力模型的建立
5.4.2 两种材质连杆衬套随温度变化的应力应变分析
5.5 小结
参考文献

第6章 连杆衬套过盈配合微动特性分析
6.1 引言
6.2 连杆衬套过盏配合有限元分析
6.2.1 连杆衬套有限元建模
6.2.2 边界条件的处理  
6.2.3 连杆和衬套有限元计算结果
6.3 爆压时刻衬套的微动特性
6.3.1 爆压时刻衬套的接触压力和摩擦应力规律
6.3.2 滑移距离的提取  
6.3.3 爆压时刻衬套的微动幅值规律
6.4 不同连杆摆角下衬套的微动特性
6.4.1 连杆摆角对衬套接触压力和摩擦应力的影响
6.4.2 连杆摆角对衬套微动幅值的影响  
6.4.3 连杆摆角对衬套摩擦功的影响 
6.5 不同过盈量下衬套的微动特性
6.5.1 过盈量对衬套接触压力和摩擦应力的影响
6.5.2 过盈量对衬套微动幅值的影响  
6.5.3 过盈量对衬套摩擦功的影响
6.6 不同摩擦系数下衬套的微动特性
6.6.1 摩擦系数对衬套接触压力和摩擦应力的影响
6.6.2 摩擦系数对衬套微动幅值的影响  
6.6.3 摩擦系数对衬套摩擦功的影响  
6.7 小结
参考文献

第7章 表面粗糙度对衬套润滑特性的影响
7.1 引言
7.2 平均流量模型及峰元接触理论
7.2.1 平均流量模型
7.2.2 边界条件及初始条件
7.2.3 流量因子的计算  
7.2.4 峰元承载模型
7.2.5 载荷方程
7.3 平均流量模型数值计算方法及结果分析
7.3.1 有限差分法求解平均流量模型
7.3.2 方程求解过程及流程
7.3.3 压力分布
7.3.4 油道宽度对最大油膜压力的影响  
7.3.5 不同时刻的最小油膜厚度
7.4 连杆衬套润滑特性分析
7.4.1 承载特性
7.4.2 润滑过程中的摩擦力
7.5 表面粗糙度对润滑特性的影响
7.5.1 表面粗糙度对表面峰元承载的影响
7.5.2 表面粗糙度对膜厚比的影响
7.5.3 表面粗糙度对峰元摩擦力的影响  
7.6 半径间隙对衬套润滑性能的影响
7.7 小结
参考文献

第8章 强力旋压连杆衬套摩擦磨损模拟试验
8.1 引言
8.2 连杆衬套摩擦磨损模拟试验台研制
8.2.1 试验装置的设计原则
8.2.2 试验台研制
8.3 连杆衬套摩擦特性试验
8.3.1 试验方案
8.3.2 实测数据频谱分析
8.3.3 不同载荷下摩擦系数随加载频率的变化
8.3.4 不同配合间隙下摩擦系数随加载频率的变化
8.3.5 不同宽度下摩擦系数随加载频率的变化
8.4 连杆衬套磨损试验及磨损因素影响分析
8.4.1 试验方案
8.4.2 磨损因素影响分析
8.5 不同材料对摩擦磨损特性影响的试验研究
8.5.1 试验方案
8.5.2 试验结果分析
8.6 小结
参考文献