柴油机铝活塞摩擦磨损的动力学分析
发布时间：2021-11-09 15:34
针对某柴油机铝活塞摩擦磨损研究,利用Pisdyn动力学分析软件对活塞的不同裙部壁厚、裙部形线以及销孔偏心的裙部摩擦磨损以及由二阶运动导致的活塞与缸套之间的敲击动能、裙部最大接触压力和累计磨损等进行模拟分析计算。结果表明,该发动机活塞裙部形线对活塞摩擦损失、敲击动能影响最大,销孔偏心和裙部厚度的影响相对较小。
【文章来源】：内燃机. 2020,(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
活塞裙部壁厚设计
哪骋磺?蛟谕獠吭厝?共坑敫滋状τ诹魈宥?θ蠡?刺??荷的作用下抵抗弹性变形的能力，活塞刚度是研究本活塞裙部形线设计为中凸椭圆型面，与缸活塞动力学必须考虑的重要条件，刚度的表达公式套之间形成楔形油膜，因为活塞裙部椭圆度和底端如式（1）所示。间隙对活塞的二阶运动等影响相对较小，现只更改1裙部上端间隙，随间隙增大最大敲击能量逐渐增式中，P是作用在活塞裙部某一区域表面的大，但是随着间隙的增大摩擦损失有减小的趋势，力；δ表示裙部由于受力而产生的变形量K则表现设计方案P、P、P如图2所示。123示裙部某一区域的刚度，国际单位是牛顿每米（N/m）。在低转速、低负荷工况下，活塞裙部刚性较低时摩擦也较小，但是裙部刚度过小会导致结构强度不足、磨损加剧、摩擦损失增大，甚至发生永久变形导致裙部与气缸壁的接触恶化。裙部刚度随着裙部壁厚的增加而增加，但是裙部刚度过高会使活塞重量增加导致发动机噪声增大、会导致裙部[7]接触压力增大甚至引起拉缸风险。在活塞材料已经选定的情况下，活塞的刚度大小及分布主要由活塞裙部结构来决定，本活塞1.3活塞销孔偏心设计裙部设计通过调整活塞裙部壁厚的方式形成不同的活塞销孔偏心设计是影响活塞二阶运动的重裙部结构，方案为T、T、T，具体方案如图1、123要因素之一，通过将活塞销孔中心线相对活塞轴线表1。偏置的设计，减小活塞在燃烧上止点换向时刻对缸套的敲击以及活塞裙部所受的侧向力。通过改善活塞运动平稳性，从而降低活塞噪声振动、裙部摩擦磨损以及裙部接触压力等，但是销孔偏心设计不合理，会导致活塞敲击噪声过大进而导致缸套穴蚀的风险。活塞销孔向次推力侧偏置为正偏心，向主推力侧偏置为负偏心。活塞销孔向?
度，而销孔偏心3的影响相对最小，仅从摩擦损失角度考虑活塞裙部摩擦损失最低方案为：T/P/PO。2222.2活塞动力学分析2.2.1活塞动力学分析边界条件应用Pisdyn动力学分析软件对活塞裙部壁厚方案、裙部形线方案以及销孔偏心方案进行动力学分析，活塞动力学分析计算中，除了建立活塞组的实体模型，还需要输入边界条件：一是活塞的温度尝热变形及物理特性；二是缸套的温度尝热变[12]形及物理特性；三是气缸内气体压力。活塞在高温燃气的作用下内部形成温度梯度发生热变形，活塞的温度场及裙部热变形如图3所[13-15]示，通过有限元分析计算得到。2.2.3活塞敲击动能缸套的热变形量和气缸内气体压力曲线如图动力学分析计算得到活塞敲击动能如图7所4、5所示。示，敲击动能正交实验直观分析结果如表4所示，在这3种因素及3种水平中，活塞裙部形线对敲击动能影响最大，其次是销孔偏心，而裙部厚度的影响相对最小，仅从敲击动能角度考虑活塞敲击动能最小方案为：T/P/PO。3232.2.2活塞裙部摩擦损失动力学分析计算得到活塞裙部摩擦损失如图6所示，采用正交实验的方法对3个因素各3种水参数123145308190020001300~150018项目缸径/mm行程/mm额定功率/kW-1额定转速/（r·min）最大扭矩/（N·m）-1最大扭矩转速/（r·min）设计爆发压力/MPa表2发动机主要性能参数01.503.014.516.017.52轴向位置/mm-61.0×10-61.8×10-62.6×10热变形/mm（a）活塞温度场（b）活塞裙部热变形图3活塞的温度场和热变形图4缸套热变形05.9811.9517.9323.90轴向位置/mm-60.4×10-61.2×10-62.0×10热变形/mm20
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于摩擦磨损的柴油机活塞裙部型面设计[J]. 陈丽,李剑光,赵文斌,熊培友,辛峻峰. 车用发动机. 2018(04)
[2]高强化柴油机活塞裙部型线对拉缸的影响[J]. 刘涛,张希卫,熊培友. 内燃机与动力装置. 2018(02)
[3]基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测[J]. 何盼攀,刘建敏,王普凯,刘艳斌,康琦. 车用发动机. 2017(05)
[4]基于动力学模拟的汽油机活塞裙部刚度研究[J]. 熊培友,孙晓,邢小兵,王亮,李锋刚. 内燃机与动力装置. 2016(06)
[5]发动机活塞销孔偏心对摩擦磨损影响的研究[J]. 熊培友,章健,刘世英,林风华. 内燃机工程. 2017(03)
[6]活塞结构刚度对动力学性能影响的研究[J]. 章健,刘世英,李辉,熊培友,陈延鹏. 内燃机工程. 2017(02)
[7]基于热机耦合的柴油机活塞热应力及疲劳寿命分析[J]. 许广举,李铭迪,赵洋,陈庆樟,李学智. 内燃机工程. 2017(02)
[8]降低活塞摩擦的技术[J]. 金井昌二,彭惠民. 国外内燃机. 2013(03)
博士论文
[1]内燃机活塞裙部减磨降阻仿生形态设计与研究[D]. 吴波.吉林大学 2015
[2]高强化内燃机活塞的摩擦磨损设计[D]. 杨振宇.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]活塞裙部摩擦磨损及敲击能量的模拟研究及参数优化[D]. 赵高岩.江苏大学 2017
[2]活塞裙部结构研究及其对发动机性能的影响[D]. 陈延鹏.山东理工大学 2016
本文编号：3485621
【文章来源】：内燃机. 2020,(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
活塞裙部壁厚设计
哪骋磺?蛟谕獠吭厝?共坑敫滋状τ诹魈宥?θ蠡?刺??荷的作用下抵抗弹性变形的能力，活塞刚度是研究本活塞裙部形线设计为中凸椭圆型面，与缸活塞动力学必须考虑的重要条件，刚度的表达公式套之间形成楔形油膜，因为活塞裙部椭圆度和底端如式（1）所示。间隙对活塞的二阶运动等影响相对较小，现只更改1裙部上端间隙，随间隙增大最大敲击能量逐渐增式中，P是作用在活塞裙部某一区域表面的大，但是随着间隙的增大摩擦损失有减小的趋势，力；δ表示裙部由于受力而产生的变形量K则表现设计方案P、P、P如图2所示。123示裙部某一区域的刚度，国际单位是牛顿每米（N/m）。在低转速、低负荷工况下，活塞裙部刚性较低时摩擦也较小，但是裙部刚度过小会导致结构强度不足、磨损加剧、摩擦损失增大，甚至发生永久变形导致裙部与气缸壁的接触恶化。裙部刚度随着裙部壁厚的增加而增加，但是裙部刚度过高会使活塞重量增加导致发动机噪声增大、会导致裙部[7]接触压力增大甚至引起拉缸风险。在活塞材料已经选定的情况下，活塞的刚度大小及分布主要由活塞裙部结构来决定，本活塞1.3活塞销孔偏心设计裙部设计通过调整活塞裙部壁厚的方式形成不同的活塞销孔偏心设计是影响活塞二阶运动的重裙部结构，方案为T、T、T，具体方案如图1、123要因素之一，通过将活塞销孔中心线相对活塞轴线表1。偏置的设计，减小活塞在燃烧上止点换向时刻对缸套的敲击以及活塞裙部所受的侧向力。通过改善活塞运动平稳性，从而降低活塞噪声振动、裙部摩擦磨损以及裙部接触压力等，但是销孔偏心设计不合理，会导致活塞敲击噪声过大进而导致缸套穴蚀的风险。活塞销孔向次推力侧偏置为正偏心，向主推力侧偏置为负偏心。活塞销孔向?
度，而销孔偏心3的影响相对最小，仅从摩擦损失角度考虑活塞裙部摩擦损失最低方案为：T/P/PO。2222.2活塞动力学分析2.2.1活塞动力学分析边界条件应用Pisdyn动力学分析软件对活塞裙部壁厚方案、裙部形线方案以及销孔偏心方案进行动力学分析，活塞动力学分析计算中，除了建立活塞组的实体模型，还需要输入边界条件：一是活塞的温度尝热变形及物理特性；二是缸套的温度尝热变[12]形及物理特性；三是气缸内气体压力。活塞在高温燃气的作用下内部形成温度梯度发生热变形，活塞的温度场及裙部热变形如图3所[13-15]示，通过有限元分析计算得到。2.2.3活塞敲击动能缸套的热变形量和气缸内气体压力曲线如图动力学分析计算得到活塞敲击动能如图7所4、5所示。示，敲击动能正交实验直观分析结果如表4所示，在这3种因素及3种水平中，活塞裙部形线对敲击动能影响最大，其次是销孔偏心，而裙部厚度的影响相对最小，仅从敲击动能角度考虑活塞敲击动能最小方案为：T/P/PO。3232.2.2活塞裙部摩擦损失动力学分析计算得到活塞裙部摩擦损失如图6所示，采用正交实验的方法对3个因素各3种水参数123145308190020001300~150018项目缸径/mm行程/mm额定功率/kW-1额定转速/（r·min）最大扭矩/（N·m）-1最大扭矩转速/（r·min）设计爆发压力/MPa表2发动机主要性能参数01.503.014.516.017.52轴向位置/mm-61.0×10-61.8×10-62.6×10热变形/mm（a）活塞温度场（b）活塞裙部热变形图3活塞的温度场和热变形图4缸套热变形05.9811.9517.9323.90轴向位置/mm-60.4×10-61.2×10-62.0×10热变形/mm20
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于摩擦磨损的柴油机活塞裙部型面设计[J]. 陈丽,李剑光,赵文斌,熊培友,辛峻峰. 车用发动机. 2018(04)
[2]高强化柴油机活塞裙部型线对拉缸的影响[J]. 刘涛,张希卫,熊培友. 内燃机与动力装置. 2018(02)
[3]基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测[J]. 何盼攀,刘建敏,王普凯,刘艳斌,康琦. 车用发动机. 2017(05)
[4]基于动力学模拟的汽油机活塞裙部刚度研究[J]. 熊培友,孙晓,邢小兵,王亮,李锋刚. 内燃机与动力装置. 2016(06)
[5]发动机活塞销孔偏心对摩擦磨损影响的研究[J]. 熊培友,章健,刘世英,林风华. 内燃机工程. 2017(03)
[6]活塞结构刚度对动力学性能影响的研究[J]. 章健,刘世英,李辉,熊培友,陈延鹏. 内燃机工程. 2017(02)
[7]基于热机耦合的柴油机活塞热应力及疲劳寿命分析[J]. 许广举,李铭迪,赵洋,陈庆樟,李学智. 内燃机工程. 2017(02)
[8]降低活塞摩擦的技术[J]. 金井昌二,彭惠民. 国外内燃机. 2013(03)
博士论文
[1]内燃机活塞裙部减磨降阻仿生形态设计与研究[D]. 吴波.吉林大学 2015
[2]高强化内燃机活塞的摩擦磨损设计[D]. 杨振宇.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]活塞裙部摩擦磨损及敲击能量的模拟研究及参数优化[D]. 赵高岩.江苏大学 2017
[2]活塞裙部结构研究及其对发动机性能的影响[D]. 陈延鹏.山东理工大学 2016
本文编号：3485621
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