汽油机活塞的热负荷和机械负荷分析

采用三维有限元分析法对376汽油机活塞进行了热负荷和机械负荷分析,计算了活塞的温度场和应力场.深入了解活塞的热负荷状态及热应力、机械应力分布情况,找出了危险应力部位,为活塞的结构改进和优化提供了理论依据.     

柴油机活塞组耦合模型有限元分析

建立了活塞、活塞环、活塞销和缸套的耦合模型，采用接触对、设定接触热阻的方法对耦合模型进行了二维和三维瞬态温度场的分析。对采用接触模型和粘贴方式模型的分析结果做了比较。对活塞组的机械负荷及热负荷做了耦合场静态分析。     

大功率车用发动机隔热活塞的结构设计及计算分析

活塞是发动机中工作条件最严酷的零件之一，其中活塞承受的热负荷对活塞的工作可靠性影响更大，它是发动机强化的一个严重障碍。因此，在大功率强化车用发动机研制过程中，研究设计隔热活塞，提高活塞承受热负荷的能力已势在必行。在大功率车用发动机隔热活塞的研究工作中先采用三维有限元分析程序，对隔热活塞进行了机械负荷和热负荷分析计算，获得了大量有用的数据资料，为正确合理地设计隔热活塞提供了依据。     

轿车柴油机用钢活塞

近几十年来,铝活塞已被成功应用于轿车柴油机。然而,不断升高的热负荷和机械负荷使得钢用作活塞材料更具吸引力。为满足负载能力和性能日益增长的需求,KS Kolbenschmidt公司为轿车柴油机开发了钢活塞。     

二甲醚发动机活塞温度的测量研究

用硬度塞法分别测量了相同工况下二甲醚(DME)发动机和柴油机的活塞温度分布,测量结果表明,90%标定负荷工况时,DME发动机活塞顶部和火力岸处表面温度为255℃～290℃,比同工况下柴油机要低20℃～40℃,燃用这两种燃料的活塞温度分布情况及其变化趋势则基本相同。采用零维燃烧模型对DME发动机与柴油机的燃烧放热规律和缸内温度变化历程进行了预测分析,计算结果表明,在相同工况下DME发动机的热负荷低于柴油机,这是导致DME发动机活塞温度较柴油机低的根本原因。     

陶瓷涂覆的柴油机活塞热分析

涂覆陶瓷涂层可以改善活塞顶部的热力性能,从而提高活塞的使用寿命。文章首先在三维软件PRO/E中建立了柴油机活塞模型,然后通过N-S方程对活塞进行稳态下热力场求解,得到活塞的稳态温度场。对比计算结果,发现在活塞顶部涂覆陶瓷涂层可以明显改善活塞顶部热力性能。     

增压柴油机内冷油腔活塞结构分析及评价

以增压柴油机振荡内冷却油腔活塞非对称性结构为研究对象,构建了全活塞-活塞销-连杆小头的有限元接触模型,分析了活塞工作条件下的导热耦合关系。确定了当量换热边界条件;进行了在机械-热负荷联合作用下的结构应力及变形分析;为直观反映温度因素对活塞结构强度的影响,提出了对结构应力合理表述的应力-温度散点图评价方法;在此基础上对原有的活塞结构进行了改进。     

柴油机喷油嘴三维有限元热分析

提出了确定柴油机喷油嘴传热边界条件的方法,用该方法建立了某柴油机喷油嘴的传热边界条件,并对喷油器工作时喷油嘴的复杂热负荷进行了三维有限元分析,得出了喷油器工作时喷油嘴的温度场、热变形及热应力。     

考虑进气冷却的柴油机活塞温度场分析

考虑进气过程对缸内气体温度和活塞顶面温度分布的影响,通过柴油机缸内燃烧过程仿真获得活塞顶岸对流传热系数、燃气温度曲线以及活塞组热边界条件,进行了柴油机冷起动和标定工况下的活塞温度场分析,利用活塞测温试验对仿真分析结果进行了验证。结果显示,考虑进气冷却影响的活塞温度场计算结果精度较高,与实测特征点温度的相对误差在6%以内,为活塞应力应变分析和结构优化设计提供了准确的边界条件和有意义的参考。     

重型汽车柴油机活塞销用钢及表面处理技术

阐述了活塞销的受力特点和断裂特征,并对重型汽车柴油机活塞销用钢的主要技术特性进行研究分析。对16Mn Cr5渗碳钢的纯净度、淬透性、带状组织及活塞销热稳性能和装机等进行性能试验。通过改善钢的纯净度、减轻带状组织、优化渗碳淬火和表面加工工艺,活塞销的强度和尺寸稳定性大大提高,从而使16Mn Cr5渗碳钢制活塞销满足重型汽车柴油机高可靠性和高疲劳寿命的性能要求。     

CA488型发动机活塞温度场及热应力的有限元计算分析

根据ＣＡ４８８型发动机原设计后活塞的结构形状，建立了三种活塞计算模型，并采用有限元法计算分析了这三种活塞的温度场，热变形及热应力，在建立计算模型时由于考虑了防胀钢片的销孔偏心的影响，并采用了等参三维实体单元，从而避免了平面二维模型严重失真的问题。     

基于有限元的活塞组摩擦产热计算分析

基于有限元方法建立了活塞组摩擦产热计算模型,通过发动机工作过程的计算得到了活塞组摩擦产热计算所需的运动学和动力学边界。以某12缸增压柴油机为研究对象,计算得到了标定工况下其活塞组瞬时摩擦力及瞬时摩擦产热功率随曲轴转角的变化,活塞组平均摩擦产热总功率及其在活塞环、活塞裙部、气缸套的分配,以及活塞组摩擦产热所导致的活塞组、气缸套温升情况,计算分析了转速和负荷对活塞组摩擦产热的影响。     

高原环境下油品对柴油机燃烧特性的影响研究

在模拟高原条件下,针对3种不同品质的柴油(十六烷值和馏分)对某增压柴油机的燃烧特性的影响规律进行了研究分析,并据此简要分析在高原运行时出现活塞烧蚀故障与所用油品的关系。结果显示:目前在用柴油由于其十六烷值低,柴油不易被压燃着火,滞燃期长,且初馏温度低,柴油容易蒸发,预混合燃烧期内积累的热量多,造成缸内压力的升高速率增大,燃烧过程粗暴;海拔升高,空气密度下降,柴油的着火时间延长,燃烧速度加快,最大压力升高率增大,由此产生强烈的热负荷和机械负荷冲击,容易造成活塞烧蚀。     

镶圈内冷一体活塞的数值研究

为了研究镶圈和内冷油腔对活塞可靠性的影响,对同一型号、不同结构的带镶圈活塞进行模拟计算分析。首先对标定工况下的镶圈活塞进行硬度塞测温试验,作为温度场模拟计算的约束条件;然后考虑温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算,得到活塞关键位置的变形、应力等结果;最后,使用疲劳分析软件计算活塞的高周疲劳。通过对比发现,镶圈内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶圈活塞和镶圈内冷活塞低6.5%,16%,其热应力分别降低了33%,15%,机械应力分别降低了31%,11%。结果表明,镶圈内冷一体结构的应用,有效避免了应力集中现象,既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷,同时也能增强环槽的耐磨性,延长环槽下侧面的寿命。     

缸套-活塞环三维润滑状态模拟分析

以发动机缸套-活塞环摩擦副为对象,研究润滑表面粗糙度、润滑油的变黏度效应以及气缸套圆周方向的形变等因素对润滑状态的影响。运用三维瞬态平均Reynolds方程与微凸体接触模型,建立缸套-活塞环三维瞬态动压润滑模型,并使用Fortran语言编制了润滑状态计算程序,得出行程内的最小油膜厚度、压力分布、摩擦力等曲线。结合实际工况对计算结果进行分析,表明在活塞环圆周方向上的油膜压力及油膜厚度分布都是不均匀的,有明显变化;在压缩冲程上止点附近,微凸体摩擦力数倍于流体摩擦力,是引起摩擦磨损的主要原因。     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

混凝土泵送换向过程的变排量控制

为解决混凝土泵送换向时负载突变和活塞撞缸引起主油泵出口液压冲击的问题,提出了混凝土泵送换向过程的变排量控制方法。在周期性突变负载工况下,基于混凝土泵的开环特性,综合考虑泵送油缸结构参数和主油泵排量控制时间参数,在满足活塞不撞缸的物理约束下以泵送时间最短为评价标准,建立混凝土泵送换向过程的优化模型。以某型号的混凝土泵为例,对泵送油缸变排量控制信号点的位置参数和主油泵变排量控制的4个时间段参数进行了优化,并分别以水和混凝土为泵送对象进行了仿真和试验分析。研究结果表明：采用变排量控制方法后,主油泵出口液压冲击大约减小了67%,且没有发生活塞撞缸现象;该方法为解决周期性突变负载下混凝土泵送开环控制系统的设计问题提供了一个新的工程化途径。     

气缸套径向变形对活塞环弹流润滑性能的影响

以弹流润滑理论为基础,发展了一种活塞环三维弹性流体动压润滑数值分析模型。为了研究气缸套径向变形对活塞环弹流润滑性能的影响,建立了椭圆形气缸套模型,分析了气缸套不同变形量时的油膜压力、油膜厚度和润滑表面弹性变形等性能参数。计算结果表明,气缸套径向发生变形时,油膜压力分布、最大油膜压力、油膜厚度分布、最小油膜厚度以及润滑表面弹性变形等都会发生明显变化。因此,分析活塞环弹流润滑性能时考虑气缸套径向变形的影响是非常必要的。此外,为了提高活塞环润滑性能应尽量减少气缸套和活塞环的径向变形量。