镶嵌销孔衬套的活塞结构强度分析

采用镶嵌衬套的方案,解决销孔裂纹、销座碎裂等实际问题。采用锻铝合金材料设计了4种不同径向厚度的衬套,用ANSYS通用分析软件,对镶嵌衬套后的活塞进行了结构强度分析,结果表明:采用锻铝合金衬套可以有效解决销孔、活塞销座部位应力分布比较集中的问题,能够使活塞的应力分布更加均匀。     

柴油机活塞头部结构参数热敏性研究

为降低活塞的温度,提高活塞组件的可靠性,以4100QBZ增压柴油机为例,开展了燃烧室偏置量、活塞顶厚度、火力岸高度对活塞最高温度、第一环槽最高温度和内腔顶侧最高温度影响的单因素实验,并以活塞最高温度作为优化目标,应用正交实验法优化了活塞头部结构参数。研究发现:燃烧室偏置量、活塞顶厚度、火力岸高度均对活塞温度场有一定的影响,燃烧室偏置量和火力岸高度对活塞最高温度和第一环槽最高温度的影响较大,活塞顶厚度和火力岸高度对内腔顶部最高温度的影响较大。最优结构参数组合为燃烧室偏置量3mm、活塞顶厚度26mm、火力岸高度10mm,最优组合下,活塞最高温度为359.7℃,比原方案下降了7.7℃。该工作为优化活塞的结构提供参考。     

重型高速柴油机活塞销座强度分析与优化

活塞体在实际工作条件下承受着复杂的热机耦合载荷,其耐久性对整机可靠性有着决定性的影响。在重卡柴油机中活塞销座和裙部作为主要承受机械负荷的区域,需要详细分析其温度场、变形、应力和润滑状态。文中利用试验结合有限元方法获得活塞、缸套的冷、热态型面,建立某重卡柴油机的活塞-销-缸套-连杆组的弹性耦合动力学分析模型,通过弹流润滑模型得出活塞销座轴承的润滑状态,进一步分析销孔表面的动态变形、应力场,并对活塞体在机械负荷下的高周疲劳强度进行校核。仿真计算结果与故障件模式一致性较好。为了优化活塞销座处的强度安全系数,采用该分析方法对不同的销孔型面方案进行了对比和评价。在发动机详细分析与故障诊断阶段,利用该分析流程可对活塞体的机械强度性能进行较好的把握与评价。     

186F柴油机活塞机械负荷和热负荷研究

活塞是柴油机的重要运动件。它所处的工作环境复杂,因此有必要将其结构进行强化。通过ANSYS软件,模拟高温环境以及最高爆发压力时的变形状况。模拟结果表明,在机械载荷作用下活塞销孔内侧上部出现最大应力,销座孔底部变形最为严重。在热负荷的影响下应力最大发生在内侧顶部位置,变形最大量发生在顶部边缘位置。而热机载荷耦合时等效应力最大发生在销座孔内部上侧以及顶面下方,变形最严重发生在裙部边缘。热机耦合作用对活塞的影响大于两者对活塞影响的简单相加。在活塞校核时需要进一步改善应力分布。     

发动机活塞销孔受力分析及改善

活塞是发动机中最重要的零部件之一,工作中要承受周期性热负荷和机械负荷冲击,活塞的工作状态直接决定着发动机的使用寿命,高温、高压的工作环境使承载最大机械应力的活塞销孔部位面临着更大的考验。随着发动机性能的日益提高,活塞所承受的燃气压力和惯性力不断增大,作为支撑部分的活塞销孔负荷显著增加,在最高燃烧压力下,活塞销轴和销孔都会发生弯曲变形,活塞销与活塞销孔之间的摩擦还产生着高温负荷。因此有必要对活塞销孔处进行有限元分析,通过改变销孔的几何结构来改善应力分布情况,降低销孔内侧应力集中,提高活塞的承载能力。     

发动机活塞销孔结构强度分析及改善对策研究

运用ANSYS分析软件计算活塞的机械应力与变形,得出活塞销孔内侧应力集中,变形较大.并在此基础上,提出了活塞的结构改进措施,采用了在活塞销孔内嵌入铸铝青铜衬套.使得活塞销孔内侧的应力趋向均匀,改善了销孔的应力集中现象,降低了销孔表面应力峰值,达到了预期的效果.     

CNG发动机活塞热-机耦合应力分析

随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展,使得活塞销座由于应力集中而引起疲劳裂纹。为此,设计了一种新型弧面衬套活塞销座,对衬套进行了运动分析和装配条件分析。通过有限元方法分析了活塞在机械载荷、热-机耦合载荷条件下的应力分布状态。研究结果表明:在机械载荷作用下,新型活塞-衬套的Mises应力比原活塞降低了25.3%,新型活塞销座最大Mises应力比原活塞降低了27.9%,新型活塞销座的接触应力比原活塞降低了35.4%。活塞在热-机耦合载荷作用下的应力状态与在机械载荷作用下的结果相似,活塞应力状态都有很大改善。装配有衬套的活塞销座的应力分布更加的均匀,更容易形成润滑油膜。因此,该结构具有降低活塞销座应力、提高润滑能力和提高活塞销座的疲劳寿命的优点。     

安装柴油机活塞销的专用工具

活塞销是活塞与连杆的连接件,目前多采用全浮式的连接形式。所谓全浮式是指,当发动机的工作温度达75℃以上时,活塞销可以在活塞销座孔和连杆铜套中自由转动。 按技术要求,在装置活塞销之前,必须保证连杆铜套与活塞销的配合间隙,以及保证活塞加热至90℃以上时,活塞销可以容易地插入活塞销座孔之中。 当活塞摆脱加热以后,由于活塞温度的下降以及活塞对连杆、活塞销的热传导,活塞销座孔因温度下降而产生缩径现象的速度是很快的,因此就要求装配时,在很短的时间内将活塞销装入活塞销座孔和连杆铜套之中。然而在安装活塞销时,由于活塞销座孔与连杆铜套的中心很难对正,并且活塞销与连杆铜套及加热后的活塞销座     

基于ANSYS的曲轴应力及变形敏感度分析

建立了494柴油机曲轴有限元模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。选择轴颈直径、过渡圆角半径、油孔直径等参数,模拟了最大爆发压力为15MPa时,曲轴过渡圆角应力和曲柄臂变形的变化规律,分析了曲轴结构参数与应力、变形敏感度系数的关系。结果表明,过渡圆角应力随轴颈直径、过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随油孔直径的增加而增加;曲柄臂变形随轴颈直径、曲柄销过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随主轴颈过渡圆角半径、油孔直径的增加而增加。曲柄销直径对过渡圆角应力最敏感,应力敏感度系数为-0.46;主轴颈直径对曲柄臂变形敏感度系数为-0.497,对变形最敏感。     

活塞内冷油腔的振荡传热特性及位置的研究

以一款非道路用高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,在试验测试的基础上建立了活塞-内冷油腔耦合传热数值仿真模型,研究了发动机循环过程中内冷油腔的振荡传热特性,分析了内冷油腔位置对活塞温度场和热应力场的影响规律。研究结果表明：在发动机循环过程中,内冷油腔壁面换热系数随油腔中机油分布规律周期性变化;内冷油腔靠近活塞顶面和环槽底面时,能显著降低活塞最高温度及一环槽温度,内冷油腔设计时应在结构强度允许范围内,尽量靠近活塞顶面和环槽底面;内冷油腔过于靠近活塞壁面时,活塞第三环槽及内腔顶面区域出现较大的局部热应力。     

活塞顶面热障涂层对活塞热负荷的影响

活塞顶面热障涂层可以有效降低活塞工作热负荷、提高活塞使用寿命。以一款非道路高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,采用硬度塞测温法试验测试了无热障涂层活塞在最大转矩工况下表面19个特征点的温度值,同时采用等参法建立了活塞有限元仿真分析模型,对比分析了活塞顶面热障涂层对活塞温度场和热应力场的影响。研究结果表明：活塞顶面热障涂层能有效降低活塞头部和环槽区域的工作温度,活塞头部顶面区域温度下降幅度为20~32 ℃,一环和二环的环槽区域温度下降幅度为15~18 ℃;但活塞顶面采用热障涂层后,活塞基体顶面黏结层区域的热应力会急剧升高,活塞基体顶面、喉口区域以及边缘棱角处热应力集中现象明显,在活塞顶面喉口黏结层区域最大热应力达到291MPa,易导致热障涂层的剥落失效。     

径向柱塞泵柱塞副泄漏流量的计算

考虑到流体的粘度随压力及温度变化，柱塞内油液压力随吸油压力和排油压力交变，密封长度也随柱塞在缸孔中的位置而变化，及柱塞运动引起的剪切流量等因素，通过积分方法，对新型径向柱塞泵中柱塞副的环形间隙泄漏流量计算公式进行修正，得到了柱塞副泄漏流量修正系数。     

Experimental and numerical study of piston thermal management using piston cooling jet

This research investigates the effects of piston cooling jet (PCJ) on the temperature and heat transfer of a piston. A numerical model was developed by using the computational fluid dynamic approach in which the fluid and solid domains of the piston were coupled in a three-dimensional space. Two-phase flow of oil and air was also simulated. This method was used to analyze the effects of oil velocity and piston position on the heat transfer coefficient at the bottom of the piston as the new outcomes of this study. For the experiment, combustion heat flux on the piston was simulated in a test rig, and numerical results were validated. The results showed a linear relation between the oil jet velocity and the average of heat transfer coefficient at the bottom of the piston, and a periodic correlation between the piston’s vertical position and the average of heat transfer coefficient. The average of the piston crown temperature could be reduced to about 70 K by using the PCJ system, but this cooling method could create 50 K temperature gradient in the piston.     

不同活塞销孔衬套-活塞销摩擦副匹配性能研究

活塞销孔衬套-活塞销是柴油机重要的摩擦副之一,其匹配性能的优劣直接影响使用寿命和动力特性。为探讨不同制备工艺的活塞销孔衬套与柴油机在用活塞销的匹配性能,将分别采用挤压和旋压工艺制备的活塞销孔衬套,以及进口衬套分别与柴油机在用活塞销匹配,在摆动摩擦副摩擦磨损试验台进行承载、抗咬合和耐磨损性能试验。试验结果表明：制备工艺对摩擦副匹配性能具有一定的影响;从摩擦扭矩、摩擦温度、宏观形貌和磨损量4个方面分析,相同工况下挤压衬套承载极限、抗咬合性能和耐磨损性能均优于旋压衬套,具备对标进口衬套的能力,可为国内活塞销孔衬套的选配提供参考。     

活塞喷油冷却流场数值模拟

近年来,随着柴油机排放及功率要求的提高,柴油机热负荷显著的增加,其中活塞热负荷问题成为柴油机进一步强化的主要限制因素之一。对于高热负荷活塞,通常采用冷却通道的办法来降低活塞温度。使用CFD工具获取表面换热系数已越来越多的用于温度场的计算,本文通过流动计算获取冷却通道壁面及活塞底面的换热系数,并分析喷油冷却流场计算结果,提出改进措施。     

Load bearing capacity of tool pin during friction stir welding

Although friction stir welding (FSW) is now widely used for the welding of aluminum and other soft alloys, premature tool failure limits its application to hard alloys such as steels and titanium alloys. The tool pin, the weakest component of the tool, experiences severe stresses at high temperatures due to both bending moment and torsion. It is shown that the optimum tool pin geometry can be determined from its load bearing capacity for a given set of welding variables and tool and work-piece materials. The traverse force and torque during friction stir welding are computed using a three-dimensional heat transfer and viscoplastic material flow model considering temperature and strain rate-dependent flow stress of the work-piece material. These computed values are used to determine the maximum shear stress experienced by the tool pin due to bending moment and torsion for various welding variables and tool pin dimensions. It is shown that a tool pin with smaller length and larger diameter will be able to sustain more stress than a longer pin with smaller diameter. The proposed methodology is used to explain the failure and deformation of the tool pin in independent experiments for the welding of both L80 steel and AA7075 alloy. The results demonstrate that the short tool life in a typical FSW of steels is contributed by low values of factor of safety in an environment of high temperature and severe stress.