汽车发动机活塞裙部外形型线的计算机辅助设计与优化

探讨了汽车发动机活塞裙部外形型线的设计理论和方法,通过Pro/E软件的精确造型技术建立活塞的精确三维几何模型,利用ANSYS有限元分析软件计算分析了活塞热态变形。然后根据热态变形分析结果,对活塞裙部外形型线进行设计与优化,获得了相应的型线参数和数据,并经过反复试验后投入实际生产。实践结果表明,裙部外形型线设计合理,活塞具有较好的工作性能,活塞裙部与气缸之间贴合良好,无拉缸、敲缸,以及明显擦伤和磨损等现象发生。该设计方法应用效果明显,工程实用价值较高。     

裙部型线对活塞裙部混合润滑特性影响的仿真分析

综合考虑了活塞裙部外形轮廓、表面波度、粗糙度、活塞裙部和缸套的热变形以及弹性变形等因素,建立了内燃机活塞裙部混合润滑数学模型,计算分析了工作状态下活塞裙部横向和纵向型线对活塞裙部混合润滑特性的影响.结果表明,裙部横向型线采用上端椭圆度小于下端椭圆度的变椭圆结构较为合适;纵向型线的中凸点位置应偏向裙部下端,以降低裙部摩擦功耗;相对于椭圆和圆曲线型线,纵向抛物线型线具有最小的摩擦功耗.     

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。     

基于理论分析与经验类比模式的276Q发动机活塞裙部型面设计

在分析发动机活塞裙部型面设计基本理论的基础上,通过经验类比,设计了某款276Q发动机活塞裙部型面．获得了该裙部型面的参数和数据,并经过反复试验后投入实际生产。实践结果表明,活塞裙部型面设计比较合理,具有良好的工作性能,裙部与汽缸之间贴合较好,无拉缸、敲缸、以及明显擦伤和磨损等现象发生,该设计模式简便可行,工程实用价值较高。     

活塞结构参数对敲击能量影响的计算研究

针对内燃机降噪的现实需求,以Ricardo-Pisdyn软件为模拟计算工具,综合考虑活塞接触面粗糙度、活塞和缸套热及弹性变形,建立活塞组件的三维动力学模型,系统性研究了配缸间隙、活塞销偏置以及裙部型线等结构参数对活塞敲击能量的影响规律。结果表明:配缸间隙对活塞敲击能量有明显影响,增大配缸间隙会加剧活塞二阶运动,大幅增加活塞敲击能量;活塞销向主推力面合理偏置,可减小活塞最大敲击能量;增大中凸点高度,可以缩小裙部顶端至中凸点区域与缸套的热态间隙,抑制活塞二阶运动,减小敲击能量;增大裙部顶端间隙或减小裙部型线上指数,都会引起做功行程初期活塞的剧烈敲击;裙部底端间隙和型线下指数对活塞敲击能量的影响较小,增大裙部底端间隙或者减小裙部型线下指数,会导致活塞敲击能量略微增大。     

某汽油机活塞噪声的分析及解决方案

介绍了某汽油机活塞噪音的分析及解决方案,首先对异响发动机进行了振动测试,通过角度域的分析手段,确定了该噪声为活塞敲缸噪声,通过减小裙部厚度和优化裙部型线,在不减小配缸间隙的情况下消除了该噪声。     

高强化船用柴油机组合活塞裙部型面设计与验证

以某高强化船用柴油机钢顶铁裙组合活塞为研究对象,分析活塞裙部型面的纵向中凸曲线和横向椭圆设计过程,运用有限元分析软件研究不同设计方案的活塞裙部接触压力分布并进行优化,通过合理调整不同位置的横向椭圆的椭圆度及修正系数得到最优方案,并对优化设计的活塞装机进行台架试验.研究结果表明:采用横向二次椭圆和纵向中凸曲线设计时活塞裙...     

轻型柴油机活塞裙部型线对磨损的影响

以某轻型柴油机活塞为研究对象,基于型线设计理论,设计4种活塞裙部型线方案.利用活塞动力学分析软件进行分析计算,研究活塞裙部型线对活塞二阶运动和裙部摩擦磨损的影响,并对L4方案的活塞进行耐久试验.结果表明:改变活塞裙部型线可以较好地改善裙部润滑;与L1方案相比,L4方案的活塞裙部最大压力降低了约25.3％,裙部最大累积磨...     

活塞结构对柴油机润滑油消耗的影响分析

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,采用正交试验设计方法分析了活塞主要结构参数对活塞组机油耗的影响关系。分析结果表明:对活塞组机油耗影响最大的因素是配缸间隙,其次是活塞头部间隙和活塞销偏心,裙部中凸点位置、裙部刚度和裙部椭圆度对机油耗的影响较小。配缸间隙在0.06~0.09mm范围内,机油耗随着配缸间隙的变化不大;在0.09~0.15mm范围内,机油耗随着配缸间隙的增大而急剧增大。机油耗随着活塞头部间隙的增大而增加,但增幅不是很大。活塞销偏向主承压面0.5mm时机油耗最低,而随着活塞销向主承压面或副承压面偏心量的增加,机油耗增加,但变化幅度较小。     

大配缸间隙活塞外圆型线对发动机NVH性能的影响

为降低冷起动时大配缸间隙活塞的噪声,提高其噪声、振动、声振粗糙度(noise vibration harshness, NVH)性能,应用活塞动态分析软件PIMO3D,建立活塞弹性流体动力学模型,计算分析冷起动状态下大配缸间隙的活塞外圆型线对NVH性能的影响。分析结果表明：噪声主要产生在做功冲程初始阶段(上止点后曲轴转角为20°～60°),产生原因为活塞换向导致主推力侧裙部上端对缸套的拍击;NVH性能与主推力侧裙部下端接触点到裙部上端敲击点的高度差有关,敲击点越靠近活塞最大外圆位置,撞击产生的振动速度级越小。重新设计活塞裙部基础型线,在型线最大外圆的上、下方各增加一个凹面,形成双凹面型线。仿真验证结果表明：双凹面型线可以有效控制活塞裙部与缸套接触点的位置及接触点的落差,降低大配缸间隙活塞的噪声。     

活塞立体靠模设计软件

随着内燃机向高速、高负荷、低油耗、低排放及轻量化方向发展,对内燃机零部件的结构设计、材质选用等,逐年均有不断改进,其中活塞结构上较为突出的趋势之一是将活塞裙部制成中凸变椭圆形状.目前在活塞裙部型线设计中,工程设计人员应用活塞评价,预测活塞的工作变形或根据以往成功的设计,经过试验磨合的裙部形状,通过最小二乘法进行曲线拟合,找出其设计规律.本文介绍N阶幂函数回归和指数回归拟合方法,在活塞型线设计中的成功应用以及在此基础上本人完成的活塞中凸变椭圆立体靠模设计软件.实践证明:用最小二乘法完成的活塞立体靠模设计软件,是活塞型线的设计计算中一种行之有效的手段.     

发动机活塞设计

介绍了活塞设计中应当注意的事项及基本思路,包括活塞材料、基本尺寸,头部结构对热负荷的影响,头部结构对漏气、机油消耗的影响,燃烧室喉口设计对结构强度的影响;活塞销座及销孔设计对变形、承载能力的影响;活塞裙部的形线、热变形、控制变形的方法,提高抗拉缸能力的设计方法;还介绍了活塞热负荷和冷却方式的关系及结构等。     

发动机活塞设计

介绍了活塞设计中应当注意的事项及基本思路,包括活塞材料、基本尺寸,头部结构对热负荷的影响,头部结构对漏气、机油消耗的影响,燃烧室喉口设计对结构强度的影响;活塞销座及销孔设计对变形、承载能力的影响;活塞裙部的形线、热变形、控制变形的方法,提高抗拉缸能力的设计方法;还介绍了活塞热负荷和冷却方式的关系及结构等。     

拓扑优化理论在活塞结构设计中的应用

建立了某高速发动机活塞的变密度法拓扑优化数学模型,以活塞销座和推力面之间的区域为优化区域,在保证裙部变形稳定性的前提下,利用HyperW orks软件对该区域的活塞结构进行了拓扑优化。材料密度相同时,优化后的活塞质量仅为原来活塞质量的70%左右。对优化前后活塞裙部型线的稳定性进行了比较和分析,优化后活塞的纵截面型线基本上未发生改变,而横截面型线是一条近似水平线,对应的活塞横截面接近正圆,表明拓扑优化能明显改善活塞裙部对变形的适应性。对优化模型进行了有限元静力学分析,结果表明优化前后活塞的应力和整体变形趋势符合实际情况,验证了模型的合理性。     

基于动力学模拟的汽油机活塞裙部刚度研究

本文通过运用AVL-PR活塞组件动力学分析软件对不同裙部结构刚度的某汽油机活塞进行了动力学模拟分析,研究了活塞三种不同裙部刚度对于活塞二阶运动以及敲击能量、摩擦损失等性能的影响,结果表明:结构B活塞裙部上部、中部和下部刚度相对于结构A分别减小后,裙部摩擦功率损失降低了约26%,结构C活塞裙部上部的刚度相对于结构B增大后,裙部摩擦损失会有所增大;此研究可以为汽油机活塞裙部结构的设计及优化提供参考。     

用两种仪器测量比较活塞裙部纵向型线

1引言 近几年来,国内外活塞产品随着发动机的改进而不断更新换代,活塞结构也由圆锥椭圆结构向中凸变椭圆结构发展,其优点是减少活塞运动的摩擦损耗、降低噪声,节约油耗、提高活塞的使用寿命。这种活塞的机加工需要较高的工艺与先进的专用机床。检测需要精密的测量仪器。目前我国大多数活塞生产厂家用来检测活塞裙部纵向型线的仪器有:万能测长仪,西安红旗机械厂生产的微机电感式活塞中凸变椭圆测量仪,以及进口多功能圆度仪,三座标测量仪等,这些仪器都各有所长,也有一定的测量范围局限性。而要达到精密测量、真实地反映机加工后的活塞裙部型线,及型线的变化规律,采用两种仪器测量比较,测量误差更清楚。本文以万能测长仪,进口多功能圆度仪为例,浅谈用两种仪器测量活塞裙部纵向型线的优缺点以及在使用过程中的一些体会,以供同行参考。     

UG规律曲线函数在活塞精确建模中的应用

利用UG软件的规律曲线函数对活塞进行精确建模,在软件中形成活塞裙部的三维等高线图;分析活塞裙面的微观形态,进而对外圆型线进行优化;并对活塞的接触模式进行初步判断。从而优化活塞设计。     

某柴油机活塞型线优化设计过程研究

对某柴油机的活塞型线优化过程做了描述,在CATIA绘图软件中绘制活塞三维模型,通过ANSYS软件中的结构静力学模块计算出活塞的径向刚度矩阵,基于AVL软件的活塞环组动力学(EXC ITE P&R)软件模块对活塞动力学进行了分析,依据分析结果和活塞型线的设计理论,对活塞裙部型线进行了设计改进,优化结果表明:该优化方案有效降低了活塞的拍击噪声、摩擦损失和磨损。     

汽油机活塞裙部结构特征对疲劳的影响

针对某款汽油机活塞试验后出现裙部疲劳磨损的情况,对导致汽油机活塞裙部异常磨损的原因进行综合分析,最终应用温度场试验并结合动力分析的方法,查找到导致异常磨损的根本原因为活塞局部刚度较大;将活塞内腔结构的弧型设计更改为等壁厚设计,增强裙部局部弹性,活塞裙部最大压力由43.28 MPa降低到32.65 MPa,活塞工作时受力分布得到优化,从而达到改善活塞裙部疲劳磨损的目的。     

车用发动机活塞裙部椭圆设计

本文论述了现代车用发动机活塞裙部椭圆的设计及计算,分析了工作状态下活塞裙部椭圆度的变化和修正系数的确定。