内燃机活塞运动历程的计算和分析

摘要本文从流体动力润滑的雷诺方程出发,求解作用在活塞裙部的油膜力和力矩.把油膜力和力矩的表达式与活塞裙部的侧向运动方程构成求解活塞运动历程的方程组,给出了可供实用的求解方法,并进行了实例计算.计算结果表明,活塞裙部参数对其润滑特性有明显影响.     

柴油机活塞二阶运动的测量

本文介绍了在S195型柴油机上采用电涡流微位移传感器对活塞二阶运动所进行的非接触测量。传感器安装在气缸套上,测量的参数包括活塞裙部相对于缸壁的横向位移和活塞在缸内的侧倾角。对不同工况下的测量结果进行了分析并构作了活塞缸内运动的动态模式图。(编注:测量方法和电涡流微位移传感器的简介部分删去。)     

汽油机活塞敲缸响的力学分析

从分析活塞的受力状态出发,运用流体动力润滑雷诺方程,求解出作用在活塞裙部的油膜力和力矩。并结合活塞裙部的侧向运动方程,编制了模拟活塞二阶运动的计算程序。运用此程序对CA1091型车用汽油机不同结构参数、不同工况下的活塞裙部上,一端的横向运动轨迹进行了数值求解,得出同了不同间隙条件下活塞对缸壁的最大冲击时刻,最大冲击部位等,分析结果可用于发动机活塞组的结构设计与故障诊断,并能对许多实际故障现象进行合理的理论解释。     

考虑热变形的活塞组件结构对活塞二阶运动的影响分析

结合活塞、缸套工作温度场的实测值,建立了2D25柴油机活塞组件动力学模型,分析了配缸间隙、活塞销偏置量和活塞头部型线等结构参数对活塞二阶运动的影响关系,并采用正交试验设计优化了2D25柴油机活塞组件结构参数。分析结果表明:对活塞二阶运动的影响主要体现在活塞敲击能量和摩擦功耗,其影响关系是此消彼长的;在计算的影响因素中,对活塞二阶运动影响最大的是配缸间隙,其次是活塞销偏置量和裙部椭圆度,影响最小的是中凸点位置;活塞头部结构的不同主要是影响活塞敲击能量,而对活塞的摩擦功耗影响较小。     

内燃机活塞二阶运动的模拟计算

本文从活塞的受力状态和流体动力润滑分析着手,建立和开发了能较准确地模拟活塞二阶运动的计算程序。作为实例,运用此程序对S195型柴油机在运行中的活塞侧倾角和裙部上下端的横向运动轨迹进行了数值求解。经与实测对比,结果是令人满意的。此外,文中还对一些主要结构参数的影响也进行了分析。     

活塞裙部廓形的计算机辅助分析

在分析活塞裙部廓形的基础上,建立了其横向廓形的通用数学模型,并采用最小二乘法求解其廓形参数,使求解过程大大简化。此外,对椭圆－偏心圆规律的廓形,提出了改变拟合点数寻求最佳型线参数的方法。提出的方法不仅适用于标准椭圆型线及其１阶、２阶近似型线,而且对椭圆－偏心（正）圆等组合廓形参数的求解同样有效,克服了现有方法的缺陷,具有很好的通用性。实例计算表明,本文方法的通用性和精度均较好,具有较好的工程实用价值     

活塞一体化曲线板的计算

1 概述众所周知,提高活塞头部与裙部的同轴度对改善活塞在气缸内的运动状况有着明显的意义,因而在修订活塞新国标时特别提出了活塞头、裙部同轴度的要求.由于国内大多数活塞生产厂家采用主体靠模仿形精加工裙部工艺,而大多数活塞因头部尺寸较裙部小得多以及头、裙部之间有一间断区(即环槽)等原因而给制作头、裙部一体立体靠模带来了很大的困难.笔者在长期活塞生产实践中发现,制作头、裙部一体化主体靠模的工艺突破口在于:建立头部与裙部之间的过渡曲线,从而使整个曲线板是一连续且光滑的曲线.     

2环活塞摩擦和润滑特性的研究

本研究的目的在于阐明有关２环活塞的油膜厚度、摩擦力和机油消耗量。试验研究表明，由于活塞间隙的大量窜气，使２环活塞的油膜厚度小于３环活塞时的油膜厚度。其结果是２环活塞的机油消耗量稍大于３环活塞的机油消耗量。采用作者们研制的专用试验装置，对摩擦力和机油消耗量与油环动态的相互关系进行了定量分析。     

活塞销孔偏置对活塞裙部磨损的影响

基于活塞温度场、热变形、缸套变形等参数建立某柴油机活塞组件数值模拟分析模型,研究活塞销孔偏置对活塞敲击摆动及裙部磨损的影响.结果表明:活塞销孔向主推力侧偏置时,随着偏置距离的增加,最大活塞摆角增大;活塞裙部最大接触压力和最大磨损载荷均出现增大的趋势;销孔偏置为0时最大接触压力最小,为15.45 MPa,销孔向主推力侧偏...     

活塞的翻修

活塞价格的高低取决于活塞的结构,翻修活塞顶的成本一般占新活塞价格的60％～70％。因此,采用翻修的活塞可以在发动机的整个使用寿命期间节约大量的费用。 MANB＆W公司维修服务部经理奥托·温克指出,活塞顶部的价格昂贵,作为工程师当然希望对活塞顶进行翻修;从技术角度讲,翻修的活塞达到与新活塞相同或更长的使用寿命是完全可能的。     

活塞裙部流体动力润滑数值分析

对内燃机活塞-缸套系统的流体动力润滑与动力学行为进行了耦合分析,在考虑活塞二阶运动的基础上建立了活塞裙部润滑的数值模型。运用龙格-库塔方法求解二阶运动模型,并采用有限元方法求解裙部润滑的平均雷诺方程。分析了裙部不同型线、活塞销不同偏置的油膜厚度、油膜压力和活塞摆角等二阶运动状况。在润滑油不同粘度以及是否考虑粘压特性条件下,对油膜摩擦力和摩擦功率进行了对比。结果表明,裙部采用中凸椭圆型线,活塞销向主推力侧偏置,可减小二阶运动,改善润滑状态,润滑油粘度对裙部摩擦损失有较大的影响,而粘压特性则对裙部润滑的影响较小。     

柴油机活塞二阶运动仿真分析

对柴油机活塞二阶运动进行计算分析,要考虑到活塞、缸套的热变形和安装工况下的变形等多方面的因素。计算了活塞和缸套的温度场及热变形,然后对活塞的二阶运动进行了分析,并对结构进行了评价,为活塞进一步的优化提供了参考。     

发动机活塞销孔偏心对摩擦磨损影响的研究

对不同发动机运转工况及不同销孔偏心进行了发动机试验和活塞动力学模拟对比研究。研究结果表明:柴油机活塞接触压力对偏心量的敏感程度要高于汽油机活塞,小偏心量往往会产生较大的裙部接触压力,而随着偏心量增大,裙部最大接触压力会逐渐减小,但当偏心量增大到一定程度后,裙部最大接触压力反而会有增大趋势;活塞主推力面累积磨损载荷增长主要发生在做功行程前半段,在排气和进气行程几乎没有增加,次推力面累积磨损载荷增长则主要发生在排气行程中间时刻,在进气行程几乎没有增加。销孔中心改变导致活塞质心位置发生了改变,引起了相关性能改变,通过对某汽油机活塞销孔偏心进行优化,活塞裙部主推力侧磨损载荷由27.46MW/m~2变为1.12MW/m~2,降低了近25倍,解决了活塞裙部磨损问题。模拟结果与试验结果十分吻合。     

考虑活塞热变形的活塞裙部润滑计算分析

采用三维有限元方法进行了柴油机活塞的热分析 ,计算得到了活塞的热变形 ,建立了活塞裙部考虑热变形的流体动力润滑模型。利用这个模型进行了考虑活塞裙部热变形的润滑计算 ,通过和冷态的润滑计算结果对比 ,发现热变形对活塞的润滑性能有很明显的影响 ,应在活塞裙部设计中予以考虑。     

活塞动力学二阶运动的仿真方法与试验研究

采用多体动力学在时间域内迭代计算活塞、缸套及润滑油膜相互耦合子系统的运动学与动力学方程,在考虑活塞体径向刚度、活塞体及缸套冷热态型面的影响下,得到活塞主、副推力侧实际工况下的热态配缸间隙;动力学仿真方法计算出活塞二阶运动结果,包括:活塞主、副推力面间换向的径向运动和绕活塞销的转动;二阶运动对缸套的动态敲击力作为载荷边界条件施加在有限元模型上,计算出气缸体在活塞敲击下的振动响应;同时,在发动机台架上对气缸体两侧的活塞敲击处布置加速度传感器、以及布置缸内爆压传感器和上止点位置测量得到气缸体结构振动响应,试验结果验证了仿真模型的有效性.     

液压自由活塞发动机活塞运动规律动态仿真研究

为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的活塞运动特性,建立了液压自由活塞发动机动态仿真模型,针对循环供油量、喷油定时、气门正时、压缩压力、负载压力等主要控制变量对活塞运动情况的影响进行了规律性研究.结果表明:各控制变量的变化影响活塞受力的变化,进而使活塞的下止点位置和压缩比发生变化,并影响发动机的正常运转和性能;循环油量与活塞膨胀行程长度、压缩能量与压缩比均近似呈线性关系;HFPE循环工作是一个多参数耦合和能量重新分配的复杂过程;执行器滞后引入的正时控制误差将是影响控制精度的重要因素.     

活塞环—缸套润滑状态周向不均匀性的研究

本文基于活塞环接触压力分布、活塞环偏摆、活塞环开口间隙位置的分析研究，指出了活塞环－缸套润滑状态周向不均匀性的客观存在。应用二维平均流量模型和微凸体接触方程，并考虑活塞系统的偏摆和润滑油粘度变化，提出了一个新的活塞环－缸套润滑状态的分析计算模型，给出了活塞环－缸套油膜厚度的三维分布，定量探讨了活塞环接触压力分布形状、活塞环偏摆、活塞环开口间隙位置对周向油膜厚度不均匀性的影响。     

活塞热疲劳分析

用Pro/E建立活塞几何模型,在ANSYS单元库里选取热结构耦合单元,对模型网格进行优化,并对活塞温度场进行标定,然后进行热机耦合分析计算,得到活塞温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在低频热疲劳下,活塞循环次数最少约是1 120 000次,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。