新型天然气发动机活塞设计研究

针对新型天然气发动机性能的要求,研究天然气发动机主要技术特性,分别分析活塞顶面、环岸及环槽、销孔以及其他部位与柴油机活塞异同,设计了满足天然气发动机性能要求的活塞。利用有限元分析方法,对设计方案进行分析和评价。通过2 000 h耐久试验和20万公里路试验证,得出设计结论。     

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。     

采用有限元分析ISLe活塞取消铜套的可行性研究，

随着发动机技术的发展,达到欧3排放标准的大马力柴油发动机逐步推向市场,作为国内发动机生产厂家标杆的东风康明斯发动机有限公司推出达到欧三排放的ISLe共轨电控发动机．该发动机最大功率达到375马力。ISLe活塞原设计采用镶铜套技术,但在发动机使用中出现活塞铜套脱落和失效的情况很多,用户抱怨很大;针对ISLe发动机活塞特点,通过采用ANSYS模拟分析软件．对改进优化销孔型线的ISLe活塞进行有限元分析,重点对销孔部位的应力和接触情况进行详细的分析,依据分析结果,确定了ISLe发动机活塞可以不采用销孔镶铜套的结构形式,而采用制造成本低的铝一镶圈活塞就可满足ISLe发动机使用要求,改进后的活塞经在用户市场中应用．用户反映良好。     

活塞销孔结构对销孔承载能力影响的研究

活塞销孔、活塞销之间的配合是发动机上工作时最恶劣的配合之一,随着柴油机爆发压力的不断提高,对活塞销孔/销座的可靠性要求也不断提高。本文通过对不同结构形式的销孔进行液压脉冲承载能力对比试验,得到了不同结构活塞销孔的最大承载能力,从而为活塞销孔结构设计提供依据。     

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。     

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。     

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。     

基于有限元分析的锻钢活塞内冷油腔设计

研究某高强化柴油机锻钢活塞内冷油腔设计,利用有限元分析软件对活塞设计方案进行模拟分析,通过对活塞温度场、销孔接触压力、各关键部位的疲劳系数对比分析,扁平形内冷油腔悬臂梁长,内冷油腔底部内侧和燃烧室底部疲劳系数偏低,有开裂失效的风险,悬臂梁缩短后内冷油腔和燃烧室疲劳系数显著提高,搭载发动机进行试验验证,活塞满足发动机使用要求。结果表明:高置大容积随燃烧室形状内冷油腔结构不仅影响活塞的冷却效果同时影响活塞的结构强度,内冷油腔底部与燃烧室底部悬臂梁强度要满足可靠性要求,活塞温度超过450℃建议采用42CrMo4材料。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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%。     

高功率密度柴油机行程和缸径的设计

基于活塞行程与气缸直径的比值对内燃机的热负荷与散热面积有直接的影响,针对高功率密度柴油机的设计要求,以行程和缸径为设计变量、以最小散热面积为目标函数建立优化数学模型,应用1stOpt软件的改进差分进化算法进行计算。结果表明,该设计方法速度快、效率高,结果与MTU890一致。     

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。     

降低汽油机整机摩擦损失研究

在试验基础上，分析了影响汽油机整机摩擦损失的因素。影响摩擦损失最主要的因素是缸孔形貌、活塞及环的结构。改进缸孔珩磨质量，可降低摩擦损失８％左右；改进活塞及环结构，可降低摩擦损失５％左右     

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。     

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。