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.     

陶瓷纤维铝基复合材料对活塞销座的影响

为了避免铜衬套脱落并降低活塞销孔表面的最大应力,运用正交试验表L_9(3~4)设计9组试验,另加1组镶铜衬套的试验作为对比方案,通过ANSYS对活塞进行了模拟分析,并利用极差分析法找到满足活塞热负荷及机械负荷的最优方案。结果表明:影响活塞销座热机耦合应力的3个因素大小依次为销孔型线方程、销座与活塞销的间隙和增强体的厚度;最优方案使活塞销孔表面上的耦合应力降低了28.8%;增强体使活塞销座处温度升高了3%~4%,活塞的耦合变形也减小了2.9%~3.8%。     

某型柴油机活塞销孔型线多目标优化设计北大核心CSCD

针对柴油机向高功率密度方向发展对活塞销孔承载能力提出越来越高的要求,提出了活塞销孔型线多目标优化设计方法。首先,建立1/4活塞连杆组热–机耦合模型,通过对比仿真模型的销孔接触压力分布与台架试验下活塞销孔磨损情况,验证了仿真模型的准确性。随后,选取销孔型线参数为设计变量建立活塞销孔型线参数化模型,以活塞销孔峰值接触压力和销孔、内冷油腔、燃烧室喉口的最大等效应力为优化目标,在设计空间内进行优化拉丁超立方采样,结合响应目标值建立Kriging代理模型,并使用决定系数验证其精度。最后,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对销孔型线进行多目标优化,获得了销孔型线优化设计参数。结果表明:在保证活塞其他重要部位应力取得较小值的情况下,优化后的销孔峰值接触压力降低了24.5%。     

活塞组件接触分析流程自动化及接触面设计研究

基于活塞销与活塞销座表面型线几何型线及刚度的差异,在热载荷与机械载荷的作用下发生不协调形变,产生较大的局部接触应力,采用有限元法对某型船用柴油机活塞销孔结合面型线进行优化设计。通过对原活塞模型进行分析并与静载试验结果对比,找出应力集中位置;采用有限元软件和自行开发程序,实现活塞销-孔接触副型面的自动优化设计;最终从优化结果中选取最佳优化方案。优化后,活塞销孔型面应力集中显著降低,接触型面上最大Mises应力下降55.5%。     

高强化柴油机活塞销孔型线设计及试验研究

运用有限元模拟分析对比研究了不同活塞销孔型线对销孔接触压力的影响,并进行了活塞销孔液压脉冲机械疲劳试验。结果表明:适当增大活塞销孔外侧型线收缩量,接触压力减小了约19%,且接触压力分布更均匀,通过活塞销孔液压脉冲机械疲劳试验验证了模拟分析结果的可信度,并试验确定了此柴油机活塞销孔可承受的极限载荷为24 MPa。本研究对发动机活塞的销孔设计、分析计算及试验方法等方面都有重要的现实意义。     

活塞异形销孔的有限元设计

通过对活塞和活塞销的工作状况的分析,应用有限元法设计活塞异形销孔型线,使得活塞销孔的应力分布趋向均匀,有效地解决了发动机增压强化后由于应力集中而造成活塞销座出现裂纹的现象。     

活塞销孔表面微观划痕的原因分析及探讨

针对某发动机活塞在试验中出现的活塞销孔表面微观划痕的现象,通过对销孔表面承载和混合润滑模型的分析以及对活塞销孔表面化学处理后效果的对比,得出该活塞出现微观划痕的根本原因,并据此对活塞及其化学处理方式进行了优化。优化后的活塞顺利通过发动机试验的考核。     

车用汽油机活塞销座轴承润滑特性

利用活塞、连杆系统多体动力学分析结合弹性流体动力学润滑(EHL)模型,研究了活塞销座轴承的润滑特性.首先建立了活塞、活塞销和连杆的有限元模型,利用Craig-Bampton方法对其进行了自由度缩减以降低求解规模,然后在活塞销座轴承和连杆小头轴承引入EHL润滑模型,计算了活塞销座轴承的油膜厚度、油膜压力和干接触压力等轴承润滑特性参数.研究了是否考虑活塞和活塞销的结构弹性及油膜空穴对计算结果可能产生的影响,分析了活塞销孔间隙、活塞销刚度和活塞销孔几何形状等参数对其润滑特性的影响,用不同形状销孔的润滑特性计算结果解释了发动机热拉伤试验中出现的活塞销孔拉伤情况.结果表明:活塞和活塞销的结构弹性及油膜空穴是汽油机活塞销座轴承分析中不可忽略的影响因素;活塞销刚度和活塞销孔几何形状对活塞销座轴承润滑特性有重要的影响.     

销孔结构设计对活塞可靠性影响的研究

不同销孔结构参数对活塞可靠性的影响不同。对汽油机活塞,采用5种方案进行了机械负荷与热机械耦合负荷下的应力对比及液压疲劳试验下的循环寿命对比,其中相对于销孔中心设计的非对称减压弧结构更为明显地降低了应力集中现象;稳定的热负荷降低了机械负荷作用于销座部位的应力。柴油机活塞异形销孔降低销座部位应力的作用与汽油机活塞类似。分析与试验表明:柴油机活塞异形销孔与圆柱形销孔相比,提高了燃烧室喉口的拉伸应力幅值;销孔的优化设计可提高顶部的可靠性。     

船用柴油机活塞销孔开裂失效分析及优化

针对某船用柴油机活塞销孔开裂问题,对活塞进行失效分析,确认开裂的原因为销座结构和销孔设计不合理,通过有限元分析匹配不同销孔形线的销座结构对销孔接触压力和疲劳系数的影响,根据仿真结果确定优化方案,经650 h耐久试验,优化后的活塞销孔未出现开裂。研究表明,活塞销座阶梯形结构配合销孔双侧二次曲线异形结构可以改善销孔接触压力分布,使销孔承载面应力均匀进而降低销孔开裂风险。     

重型车用柴油机活塞销孔可靠性分析

活塞销孔/活塞销是发动机上工作条件最恶劣的摩擦副之一,随着柴油机的强化程度的不断提高,对活塞销孔/销座的可靠性要求也不断提高。本文通过介绍活塞销孔/销座的结构形式及活塞在柴油机中工作时的状态、失效形式及试验验证方法,从而揭示了影响活塞销孔承载能力的各种因素。     

高负荷发动机活塞的开发

为适应市场发展需要,开发一款高负荷发动机用铝活塞。根据发动机的升功率和最高爆发压力,对活塞整体结构、活塞环岸、环槽、销孔、内冷油腔进行设计,通过采用活塞销孔镶铜套设计增加销孔的可靠性。有限元分析表明活塞满足强度要求;利用动力学仿真分析对活塞二阶运动进行评估,满足载荷要求。对装配该活塞的发动机进行1500 h台架试验,结果表明:活塞各项性能指标均满足发动机的设计和使用要求。     

活塞摩擦与敲击特性关键影响参数的优化研究

鉴于活塞摩擦磨损、敲击对发动机综合性能的影响,针对某小型汽油机活塞存在的早期异常磨损现象,通过搭建活塞动力学仿真模型,从敲击、摩擦产生的诸多因素入手,将其影响因子逐一进行研究分析.提出一种利用响应面模型对活塞摩擦与敲击特性关键影响参数进行优化的研究方法,建立了以活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置为优化设计变量,以...     

某240型柴油机活塞有限元分析

活塞组由活塞、活塞销、活塞环等零件组成。活塞是内燃机的关键零部件之一,活塞的结构和所处的工作环境都十分复杂,在工作状态下受到高压燃气压力、高速往复运动产生的惯性力和销座支反力等周期性载荷作用,产生机械应力和机械变形。高压气体燃烧产生的高温使活塞温度分布很不均匀,导致活塞产生热应力和热变形。因此,对活塞在热负荷和机械负荷共同作用下的变形、应力进行有限元分析,了解活塞的变形和应力分布情况,对改进活塞设计,提高其工作可靠性具有意义。     

内燃机活塞销孔镗削与滚压工艺分析

内燃机工作时,活塞承受着高温、高压和剧烈交变载荷的作用,活塞销孔部位极易产生疲劳而导致失效。活塞销孔直径、圆柱度和粗糙度加工精度高,提高活塞销孔的精度和可靠性是活塞加工的关键因素,本文主要对活塞销孔镗削和滚压工艺进行分析和研究。     

内燃机活塞销孔镗削与滚压工艺分析

内燃机工作时,活塞承受着高温、高压和剧烈交变载荷的作用,活塞销孔部位极易产生疲劳而导致失效。活塞销孔直径、圆柱度和粗糙度加工精度高,提高活塞销孔的精度和可靠性是活塞加工的关键因素,本文主要对活塞销孔镗削和滚压工艺进行分析和研究。