本文選題：活塞裙部　切入點：結構設計　出處：《山東理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：活塞作為內(nèi)燃機的重要零部件,其設計及制造制約著內(nèi)燃機的進一步發(fā)展。活塞裙部主要在發(fā)動機運行過程中起導向作用,其結構對活塞的二階運動有明顯的影響。本文首先使用實驗模擬相結合的方法探究了活塞裙部結構參數(shù)的改變對裙部剛度情況的影響,又以活塞動力學及流體潤滑相關理論為基礎,借助AVL公司Glide動力學分析軟件,結合有限元分析、活塞溫度場實驗、以及活塞剛度實驗得到的邊界條件建立了活塞動力學模型,并研究不同活塞裙部剛度情況對活塞動力學結果的影響。此外借助一個發(fā)動機升級后造成原有活塞火力岸及缸孔拉傷失效的案例,采用Glide動力學分析軟件建立的動力學模型對制定的不同改進方案進行評價并找出最佳解決方案,成功解決活塞及缸套拉傷失效,并最終使結構優(yōu)化后的活塞順利通過了實驗。具體研究內(nèi)容及成果如下:(1)采用實驗模擬相結合的研究手法,建立了活塞體剛度矩陣,為動力學分析提供邊界條件。并且探究了減重腔的布置對活塞裙部及活塞環(huán)岸徑向剛度的影響,以及裙部結構參數(shù)的調整對裙部剛度情況的影響。研究發(fā)現(xiàn)減重腔的布置不會明顯降低活塞的徑向剛度,活塞裙部不同結構參數(shù)對裙部剛度的影響各不相同。(2)建立的活塞動力學計算模型中綜合考慮了活塞的熱態(tài)變形、彈性變形、缸套的熱態(tài)變形、冷態(tài)安裝變形和彈性變形、活塞和缸套接觸表面粗糙峰高度、半徑及密度等因素的影響,并將邊界潤滑模型引入到了計算中,從而使動力學計算模型與工程實際更加貼近。(3)研究了不同裙部剛度情況對活塞動力學的影響,不同裙部剛度情況分別包括:裙部剛度的大小、裙部剛度的不同分布、裙部剛度的不對稱。研究發(fā)現(xiàn)裙部剛度情況對活塞的運動情況有直接影響,活塞裙部剛度的減小都會使活塞徑向位移以及最大擺動角度增大,但活塞裙部在不同高度方向剛度的改變對活塞的動力學表現(xiàn)情況影響各不相同,其影響應根據(jù)具體機型的設計情況進行具體分析。適度減小活塞次推力側剛度造成的活塞主、次推力側的不對稱設計會使活塞的最大擺角變大,另外活塞的最大敲擊能量會有所增加,本文中的最大敲擊能量增大了13.7%。(4)本文針對某柴油機試驗后出現(xiàn)活塞火力岸及缸孔拉傷失效問題,使用AVL GLIDE軟件建立了活塞組件動力學分析模型,對活塞二階運動進行研究,并針對不同活塞銷孔偏心、裙部及頭部型線優(yōu)化方案進行對比,得到了最優(yōu)的改進方案,并成功解決活塞及缸套拉傷失效問題。研究表明,在設定活塞銷孔偏心的時候,不僅要考慮活塞銷孔偏心對活塞敲擊噪聲、摩擦損失等性能的影響,而且一定要考察其對活塞換向過程中與缸套的接觸情況的影響。當活塞熱負荷增大或二階運動動作幅度增大時,應適當加大火力岸的直徑縮減量,這樣對預防火力岸和缸套發(fā)生接觸有利。合理優(yōu)化活塞的運動情況,不但可以提高發(fā)動機的可靠性,而且對于發(fā)動機經(jīng)濟性以及動力性的提升都有明顯的改善。
[Abstract]:The piston is an important component of internal combustion engine, the design and manufacture of restricting the further development of internal combustion engine. The piston skirt mainly plays a guiding role in the engine operation process, has obvious effect of two order movement of the structure of piston. Methods firstly use the experiment simulation combined on the piston skirt structure parameters change stiffness of the skirt, and the piston dynamics and fluid lubrication theory, with the aid of AVL Glide dynamic analysis software, combined with the finite element analysis of piston temperature field experiment, and the piston stiffness experiment the boundary conditions established piston dynamics model, and study the stiffness of different piston skirt effect on the piston dynamics results. Due to the original piston and cylinder bore strain firepower bank failure case by use of an engine upgrade, using Glide dynamic analysis software A kinetic model to evaluate the formulation of different improvement schemes and find the best solution, successfully solve the piston and cylinder strain failure, and eventually make the piston structure optimized smoothly through the experiment. The specific research contents and results are as follows: (1) research methods by combining the experimental simulation, established the piston body stiffness the stiffness matrix, the boundary conditions for dynamic analysis. And explore the effect of weight reduction cavity arrangement on the piston skirt and piston ring bank radial stiffness, and the influence of skirt structure parameter adjustment of stiffness of the skirt. The research found that the layout will not significantly reduce the weight cavity piston radial stiffness, impact the parameters of different structure of piston skirt skirt stiffness is different. (2) the establishment of the piston dynamics calculation model considering the thermal state of the piston deformation, elastic deformation, thermal deformation of the cylinder, cold. With the deformation and elastic deformation of the piston and cylinder liner contact surface roughness height, radius and density, influence factors, and the boundary lubrication model is introduced into the calculation, so that the dynamic calculation model and practical engineering to be closer. (3) studied the effect of different stiffness of piston skirt dynamics, stiffness different skirt respectively include: skirt stiffness distribution of different size, skirt stiffness, asymmetric stiffness of the skirt. The study found that directly influence movement of stiffness of skirt of the piston, the piston skirt stiffness reduction will cause the radial displacement of piston and the maximum swing angle increases. But the piston skirt stiffness in different height direction change on the dynamic performance of the piston effect is different, its effect should be analyzed according to the design of specific models. Decreasing the piston side thrust caused by the rigidity of the times The main piston, asymmetric design thrust side will make the piston maximum pendulum angle becomes larger, the maximum striking energy will increase in the piston, the maximum striking energy increases by 13.7%. (4) of the diesel engine test after the problem of piston and cylinder bore strain firepower bank failure, the use of AVL GLIDE software analysis model is established to study the dynamics of piston, piston two order movement, and according to the different piston pin hole eccentric, skirt and head line optimization schemes are compared, and the optimal scheme has been improved, and successfully solve the failure problem of piston and cylinder strain. The results show that when setting the eccentric piston pin hole. We should consider not only the piston pin hole of the eccentric piston knock noise, friction losses and other properties, and to study its effect on the contact between the piston and cylinder in the commutation process. When the piston thermal load Increase or two order movement range increases, should be appropriate to increase the firepower of the shore diameter reduction, so favorable for the prevention of fire bank and the cylinder sleeve contact. Reasonable movement of the piston, not only can improve the reliability of the engine, and the engine of economy and power of the upgrade can be improved.

【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK423

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本文編號：1557387