钢活塞销孔接触磨损优化设计

针对某欧VI柴油机钢活塞销孔外侧出现的接触磨损问题,通过对销孔形线和内冷油腔进行优化设计,运用有限元进行对比分析计算,得出最优的设计方案。结果表明:通过优化使销孔接触压力降低15.9%,接触面积分布更均匀,最大接触压力位置明显偏离出现过度磨损的销孔外边缘,整体接触状态好,有效解决了钢活塞销孔外侧接触问题。经1600 h耐久试验,验证分析结果与试验的一致性,为解决钢活塞销孔磨损失效的优化提供可量化的方向和理论指导。     

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。     

连杆小头—活塞销接触的三维有限元素法计算

由于连杆孔—活塞销接触边界及载荷分布形式的不易确定,给连杆的有限元计算带来了困难。通常平面问题处理法假设的余弦或均布载荷常与实际不符,而平面接触解法则把销—活塞销孔与销—连杆孔接触的空间问题简化到了一个平面内,唯有三维接触解法才是最合理的。应用广泛的“SAP5”程序没有求解一般接触问题的自然功能。本文介绍了作者应用该程序求解柴油机连杆—活塞销三维接触问题的处理法,为三维未定边界接触问题的求解提出了一种行之有效的途径,并扩大了SAP5程序的应用范围。应用这种做法对E390柴油机连杆—活塞销三维接触作了计算。对销—孔接触的实际状态,接触边界、接触力等问题进行了研究。与运用“平面弹性接触有限元程序”计算的结果比较,两者接触状态相近。采用平面接触模型时在销直接作用区应力计算有较大误差。     

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%。     

高强化船用柴油机组合活塞的销孔设计与验证

以一款高强化船用柴油机钢顶铁裙组合活塞为对象,对其销孔设计过程进行了研究,运用有限元分析软件对设计方案进行优化,可知单曲线异形销孔的接触位置及接触压力值更合理,然后通过调整曲面的起始位置及曲线方程有效对销孔型线进行了进一步优化;最后通过销孔疲劳试验验证设计方案,试验完成后对销孔进行着色探伤,销孔表面没有检测到裂纹,所以...     

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。     

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。     

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。     

某型钢活塞销孔与活塞销咬合机理分析和结构优化

针对某型钢活塞在性能试验时出现钢活塞销孔与活塞销咬合现象,开展钢活塞销孔与活塞销咬合机理分析,提出钢活塞销孔型线、钢活塞销孔与活塞销冷态配合间隙、钢活塞内腔出油孔结构优化方案,再结合计算机有限元分析技术和发动机台架试验予以验证,为预防钢活塞销孔与活塞销咬合以及钢活塞销孔设计提供参考。     

活塞销孔喇叭口加工镗头简介

随着发动机输出功率的不断提高,活塞承受的燃气压力也不断提高.作为支承部分的销孔负荷明显增加,销座上的应力集中愈来愈大,致使销座内端产生裂纹,最终导致活塞过早的失效.为使销孔应力均匀分布,进而提高销孔的承载能力,设计者通过改变销孔的几何形状来优化销孔结构,把传统的圆柱形销孔,设计成如图1所示的几种结构,通称常为异形销孔.异形销孔中,喇叭形销孔是减少应力集中的最有效的办法.而如何加工这种销孔却是活塞制造人员面临的一个课题     

柴油机活塞异形销孔结构设计与疲劳试验的综合性研究

针对某高负荷柴油发动机活塞在试验中出现销孔磨损及机油粘结的现象,基于对销孔表面承载和混合润滑模型的分析,提出了优化销孔表面应力分布的曲面设计方法.设计了6种不同幂指数函数销孔型面,利用数值模拟方法进行了活塞销孔的第三主应力分布对比,用于确定销孔的优化设计方案,并利用发动机试验进行了对比考核.分析及试验结果表明,采用合适的幂函数形式的活塞销孔型面结构可有效的均衡应力分布,达到了实现销孔动力润滑的目的.     

汽油机活塞热力耦合强度分析

采用活塞、活塞销和连杆组合的三维模型对活塞三维温度场进行分析。并以此为基础,对活塞进行机械负荷和热负荷耦合分析,计算了活塞耦合应力场。全面了解活塞热负荷和机械负荷下的活塞强度,并与单纯机械负荷下的活塞进行对比,分析温度对活塞应力分布的影响,为活塞改进设计提供参考。     

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%。     

高强度柴油机活塞温度与应力场有限元分析及其结构改进

结合柴油机活塞发展现状,针对某型号高强度柴油机,利用SolidWorks建立该柴油机活塞的三维模型,并用ANSYS对活塞进行有限元分析,讨论活塞在高温环境、最高燃烧压力或最大侧向力作用下的温度场、应力分布和变形情况*分析结果表明,活塞主要承受热应力和热变形,最大耦合应力在油道顶部,约270 MPa,最大变形出现在活塞顶部边缘,变形量约0.08%,变形随活塞高度降低而减小,在裙部略有上升*活塞头部在销孔方向上热变形大于耦合变形,两者差值随活塞头部高度降低而减小*活塞在垂直于销孔轴线方向上的耦合变形总体上大于平行于销孔方向的耦合变形。同时,燃烧室喉口、环槽和销座处应力集中明显,针对上述薄弱区域进行结构改进,发现改进后应力值均显著降低,这些结构改进对高强度柴油机活塞设计开发具有重要指导意义。     

振荡冷却油腔活塞热结构强度的有限元分析

针对某增压柴油机振荡冷却油腔活塞的非对称结构，建立全活塞一活塞销一连杆小头的有限元模型；提出了振荡冷却油腔的第三类热边界条件的数学描述并进行了验证；通过建立活塞销和活塞销座孔的接触模型，研究了不同的卸载倾角对活塞结构强度的影响；采用阶谱单元(P单元)计算活塞回油槽等微细结构的力学效应；进行了在机械负荷和热负荷联合作用下的结构应力分析。     

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...     

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。     

基于MASTA的单斜齿轮修形优化研究

为了研究不同修形方式对齿轮性能的影响,以一对单斜齿轮为例进行螺旋线修形、齿向起鼓及齿顶修形。采用MASTA软件对不同修形方案进行承载接触分析LTCA(Loaded Tooth Contact Analysis),计算各种方案下齿轮的传动误差、齿面接触应力及齿面载荷分布,并以齿面载荷分布均匀为优化目标,综合考虑传动误差及齿面接触应力,对齿轮进行螺旋线修形和齿向起鼓,并从修形量、修形长度和修形曲线3个方面进行齿顶修形优化,得到了特定工况、特定齿轮参数下的修形优化方案。研究表明：与未修形情况相比,最终优化方案在齿面载荷分布更均匀的情况下可使齿轮传动误差下降8.6%,且传动误差曲线更接近正弦曲线;最大齿面接触应力下降6.2%,齿面载荷分布系数KHβ由1.195 2降低至1.144 5;该修形优化方案有效地改善了齿轮的啮合性能。