活塞结构的几种主要形式

活塞的结构设计现已呈多样化,下面就结合本厂的产品介绍几种主要形式.1 裙部镶钢片活塞活塞裙部镶钢片的目的是减少裙部的热膨胀量,减小活塞的配缸间隙,减轻气缸套穴蚀,降低发动机噪音.其作用原理是:在活塞销座中镶铸热膨胀系数低的“恒范钢片”(含镍35%,线膨胀系数约为铸铝合金的十分之一),活塞浇铸凝固过程中,在铝合金凝固后期,钢片与铝合金的温度相同,进一步凝固冷却时,由于钢片和铝合金的线膨胀系数不同,铝合金的收缩量比钢片的大得多,使的钢片外面的铝合金向钢片收缩形成收缩应力;当发动机工作时,活塞受热向外膨胀,首先要克服这种收缩应力,因此减少了活塞裙部的热膨胀量.而且,这种对活塞裙部热膨胀的牵制作用随温度的提高而增大.     

膨胀控制活塞的设计及其应用

1 膨胀控制的原理活塞在缸套中作往复运动时,如要求其偏摆小、噪音低、耐磨,则理想的状态应该是正圆柱形的活塞裙部以合适和均匀的间隙在正圆柱的缸套内孔中运动.但在发动机实际工作时,由于铝合金的膨胀系数几乎是铸铁的二倍,活塞的温度也远比缸套高,而且活塞从头部到裙部的温度场又极不均匀,各处的壁厚也有很大的差别,因此如要求活塞在额定工况下能以上述的理想状态工作,则在冷态时,势必要做成复杂的特殊外形,而且各部与缸套之间的间隙也要放大很多(图1),由此带来了发动机在冷车及部分负荷时活塞的拍击噪音大、缸套穴蚀严重等.尤其对于车用高速柴油机,由于其冷,热态时配缸间隙差别较大,此问题尤为突出.     

活塞动力学模拟计算

采用AVL Boost软件模拟的气缸压力和ANSYS软件模拟的缸套、活塞的变形作为输入条件,用多体动力学软件对四缸柴油机活塞的几种结构形式进行了动力学计算与分析。研究了活塞轮廓、刚度以及活塞销偏置对活塞运动、活塞与缸套接触压力的影响。改变活塞轮廓对改善活塞运动有明显效果,且改动成本较小;减小活塞刚度有利于减小活塞与缸套平均接触压力;活塞销偏置量变化对发动机活塞运动没有明显影响。研究结果表明:当前设计的活塞基本满足使用要求,但仍然有优化空间。     

某柴油机活塞裙部变形分析

采用workbench对某柴油机活塞在热载荷、机械载荷、耦合载荷作用下分别进行模拟,获得了在不同载荷作用时活塞裙部的径向变形量,通过对比结果得到以下结论:热-机耦合载荷作用下裙部的径向变形量等于热载荷单独作用以及机械载荷单独作用时引起裙部变形的矢量和;活塞裙部的径向变形量随裙部增高而增加,活塞销座旁边的变形量大于垂直于活塞销轴线方向裙部径向的变形量;因此,为了使活塞在工作时能够很好地建立油膜以及和缸套接触,活塞应设计为上小下大的中凸椭圆形。     

活塞活塞环气缸套和活塞销配套供应是发展方向

内燃机的铝活塞较铸铁气缸套和钢活塞销的膨胀系数大。为了保证内燃机活塞在气缸套内正常运动,活塞裙部大径和气缸套孔应保持一定的间隙。间隙过小,会因活塞受热膨胀而出现拉缸或引起局部磨损等故障;间隙过大,又将出现敲缸、窜油、漏气、功率下降和耗油率增加。内燃机在高温工作时,活塞销孔与活塞销也应保持正常的间隙;但冷态安装时,只有很小的间隙或有过盈量。 为使活塞、气缸套机活塞销在较低的制造精度下,获得较高的配合精度,故加工后,应按实际尺寸分组,并采取同组尺寸相配。如北京492Q型汽油机、朝阳6102Q型柴油机和波罗     

钢片压弯成形过程中常见的缺陷分析

近20年来,由于能源及环保压力的驱动,使得车用发动机向高速、高负荷方向发展,这就对其零部件提出了越来越苛刻的要求.活塞是发动机的心脏部件,现在许多新技术已应用于活塞的设计当中,以提高其工作性能及可靠性,镶钢片技术就是其中的一种.笔者在钢片实际生产中总结了一些经验供大家参考.     

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.     

某柴油机活塞与缸套间极限工作间隙仿真研究

为解决柴油机拉缸故障和有效调整配缸间隙,针对某款柴油机分别搭建活塞热机耦合以及机体缸盖一体化计算模型,得出超负荷工况下活塞和缸套的变形。基于柴油机拉缸故障表现以及活塞型面设计经验选取若干个方向,并在选定方向和截面上提取活塞和缸套的径向变形量,结合配缸间隙和活塞型线得到的冷态间隙,计算得到活塞与缸套之间的极限工作间隙。结果表明,缸孔加工尺寸处于下偏差时,该机型柴油机活塞与缸套的工作间隙为154～263μm,极限工作间隙位置分别位于活塞销孔方向以及销孔垂直方向。     

利用复合材料决定活塞形状的方法

一、序 活塞头部和裙部的侧面形状与发动机功率燃油耗、排放、噪音等基本性能有着密切关系。同时也是决定发动机可靠性、机油消耗、窜气拉缸的重要因素。因此,在新发动机开发中,决定活塞形状是重要的课题之一。但活塞形状由于受复杂的活塞运动、活塞的温度分布,缸套变形等难以定量控制因素的影响,现在还没有确定一个公认的研制活塞形状的方     

基于热机耦合的国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形数值分析

建立了国-Ⅴ柴油机活塞、活塞销、连杆和缸套等的有限元模型;利用非线性有限元软件ABAQUS分别计算了该柴油机活塞在最大热负荷工况下的温度场和热机耦合工况下的变形和应力,确定了活塞的最大热负荷区和最大应力区,并对活塞和缸套的接触应力进行了分析。模拟结果表明:活塞喉口部位承受最大热负荷,其温度为321.6℃,低于活塞材料的极限温度;在热机耦合工况下活塞裙部的最大应力为58MPa、最大变形为0.1mm,都在可接受范围之内;同时,活塞与缸套的最大接触应力为29.4MPa,在许用应力范围内。通过上述对国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形的分析,可以判定此活塞结构能够满足设计要求。     

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...     

“微隙技术”用于四配套

众所周知,缸套、活塞、活塞环、活塞销这一活塞组摩擦副零部件(也就是常说的四配套)是发动机的关键零部件,对发动机性能起着至关重要的作用.     

镶防胀钢片AI—Fin活塞

近代内燃机在寿命、油耗、噪声、排放等方面的要求日益提高,因此相应要求强化活塞顶环槽、减小活塞裙部配缸间隙。顶环槽镶奥氏体铸铁耐磨圈,环槽耐磨性比普通活塞提高两倍以上,裙部镶防胀钢片,活塞配缸间隙比一般单金属整裙活塞减小50％。由于活塞本体铝合金与普通活塞相同,因此这种活塞的铸造工艺以及刀具的要求与普通活塞大体相同。在国外大批量生产的条件下,普通单金属整裙活塞成本若为1。则Al-Fin活塞为1.5,裙部镶防胀钢片Al—Fin活塞为1.8。与过共晶活塞比较,在缸径大于Φ80 m m的情况下,镶防胀钢片Al-Fin活塞的优越性是明显的。作者所在单位近年配合国内柴油机更新换代,研制和生产了R100、R100Z和SF98等五种机型柴油机镶防服钢片Al-Fin活塞,某中R100活塞进行了2000小时全速全负荷和1000小时循环负荷耐久试验、500小时热冲击试验和防卡死热拉伤试验,并已投入小批生产。本文仅就这种活塞的一些基本特点进行讨论。     

铝活塞毛坯铸造质量攻关技术服务

铝活塞铸造质量标准要求很高。由于品种型号繁多，活塞结构复杂(裙部上下壁厚相差悬殊或裙部装有防涨钢片或头部镶有奥氏体耐磨圈等)、材质各异(共晶或过共晶铝硅合金)以及熔炼工艺复杂不易掌握等情况，致使产品内在质量不理想，某个型号产品铸造缺陷总是消除不掉，成批报废是常有的事情。     

柴油机铝活塞摩擦磨损的动力学分析

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。     

用有限元法分析活塞拉缸故障

发动机拉缸是一种常见故障,对发动机性能有很大的影响,本文主要介绍了一起典型拉缸故障,该故障主要由于活塞模具原因导致活塞内腔结构与活塞原始设计结构存在差异引起的,本文用有限元方法具体分析了这种差异对活塞工作时裙部变形量的影响,分析并解决了拉缸故障。     

钢片压弯成形回弹失真的解决方法

随着发动机设计水平的提高,镶钢片技术越来越多的应用于活塞设计之中,因而,钢片压弯成形成为钢片加工中的关键工序。 1 问题的提出 影响钢片成形的因素很多,如材料的机械性能、材料的厚度,弯曲半径的大小,弯曲工件的形状等等。在钢片压弯过程中,成形的瞬时,基本是理论正确形状,但当凸、凹模分离之后,由于钢片材料的弹性变形,钢片产生回弹,从而造成失真。     

用有限元法分析活塞拉缸故障

发动机拉缸是一种常见故障,对发动机性能有很大的影响,本文主要介绍了一起典型拉缸故障,该故障主要由于活塞模具原因导致活塞内腔结构与活塞原始设计结构存在差异引起的,本文用有限元方法具体分析了这种差异对活塞工作时裙部变形量的影响,分析并解决了拉缸故障。     

某车用发动机活塞及活塞销强度仿真计算

以某发动机铝活塞为研究对象,使用有限元分析软件计算了活塞的温度分布及惯性力和爆发压力作用下活塞的应力分布。结果表明活塞销座在发动机最大扭矩点的应力较大,活塞顶部较纯热膨胀状态下有凹陷现象,但活塞的强度满足要求;活塞销的椭圆变形满足要求,但其弯曲变形比推荐值大。通过优化活塞销壁厚,活塞销弯曲变形满足设计限值。     

活塞销尺寸稳定性探讨

前言 活塞销在发动机中的工况条件十分恶劣,负荷大,润滑条件差,压力分布不均匀等。为了保证其工作可靠,须有严格的配合间隙,良好的摩擦表面质量。一般在发动机工作温度下,活塞销与连杆衬套之间的间隙以及销与销座的间隙最好在（0.0003～0.0005）d范围内,间隙过小导致摩擦面咬死,但过大破坏油膜,产生噪音。为此,活塞销必须有很好的尺寸稳定性。影响尺寸稳定性有三个因素即马氏体的析出、残余奥氏体的转变和内应力。提高尺寸稳定性必须尽可能降低马氏体的正方度,减少残余奥氏体量和降低内应力。在三个因素中残余奥氏体是主导的,要求渗碳淬硬层中的残余奥氏体必须切实消除,以免发动机在运转一段时间后,残余奥氏体逐步变成马氏体,致使晶格变大体积膨胀,活塞销外形尺寸增大。 控制活塞销残余奥氏体量（r_R）的方法:一般有控制含碳量,控制淬火温度,控制冷却速度,控制回火温度和冰冷处理等。但由于活塞销使用的钢种不同,要求的性能不一样,目前,还不能确立一种统一的方法。本文是采用几种不用的热处理工艺来控制活塞销外圆尺寸的变化,进行了如下的工艺试验。