【摘要】：近些年來,隨著汽車的不斷普及,汽車發(fā)動機的拉缸、燒機油成為汽車故障的重要問題而日益受到人們的普遍關(guān)注,而發(fā)動機拉缸、燒機油問題通常與活塞的裙部的設(shè)計密切相關(guān)。因此,有必要對涉及活塞裙部設(shè)計基礎(chǔ)理論問題進行深入研究,從活塞開發(fā)階段就應(yīng)當(dāng)要考慮到活塞裙部型面的設(shè)計問題,從而降低發(fā)動機故障問題。目前,關(guān)于活塞裙部結(jié)構(gòu)設(shè)計問題,學(xué)術(shù)界及工程界尚不能提供明確的理論依據(jù),在實際的活塞正向開發(fā)過程中,關(guān)于活塞裙面結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)是否能夠滿足發(fā)動機各種工況,設(shè)計人員尚無完全把握。因此,運用現(xiàn)代有限元方法對活塞裙面結(jié)構(gòu)涉及的熱力學(xué)、變形等問題進行分析研究,獲得較好的裙面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。研究成果不僅能降低正向開發(fā)過程中的諸多繁雜工作,也在降低發(fā)動機故障率等方面具有實際的工程價值,而且對于提高企業(yè)核心競爭力及促進我國活塞設(shè)計研發(fā)方面具有積極的意義。本文首先從汽油機活塞設(shè)計的基本概念及理論基礎(chǔ)入手,結(jié)合現(xiàn)實中的裙部拉缸故障形態(tài),找出與裙部拉缸故障相關(guān)的因素,采用CAE方法及模擬活塞運動的手段,分析其在工況下受熱變形規(guī)律,從而掌握活塞變形規(guī)律,進而為改進活塞設(shè)計提供依據(jù)。主要研究內(nèi)容包括:1.介紹了活塞結(jié)構(gòu)及裙面形狀,分析了活塞拉缸失效主要影響因素,探討了活塞裙部設(shè)計不合理導(dǎo)致的拉缸失效故障,對活塞裙面拉缸機理進行研究。2.建立活塞有限元分析3D模型,確立計算活塞溫度場和受力變形場的理論依據(jù);構(gòu)建活塞熱傳遞、邊界載荷施加模型,確立活塞熱變形、熱邊界條件、載荷、位移邊界條件;基于主機廠提供的發(fā)動機相關(guān)參數(shù)及邊界條件的確立,通過熱載荷及靜態(tài)載荷的耦合變形分析計算出活塞熱態(tài)變形量,最終得出了活塞裙面相關(guān)參數(shù)。3.以一款某汽車發(fā)動機活塞為實例,驗證本文的研究成果。通過本文研究,基本上實現(xiàn)了活塞裙部型面的優(yōu)化設(shè)計,并通過設(shè)計結(jié)果驗證了活塞裙部容易拉缸的位置,有利于降低因活塞型面結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導(dǎo)致的拉缸事故。
【圖文】：

域加工出三道槽，分別為第一、第二、第三環(huán)槽，用于妄裝活塞環(huán)；活塞第三平逡逑面下平面至最下端面之間與氣缸接觸的區(qū)域稱為活塞裙部；在短軸處加工的孔為逡逑活塞銷孔，用于安裝活塞銷。具體見（圖２－１）。活塞裙部在發(fā)動機工作階段起著逡逑引導(dǎo)活塞沿缸壁來回往復(fù)運動的作用，承受著缸壁的擠壓力、連桿的支撐力及側(cè)逡逑向推力，也起著將熱量傳遞出去的作用。裙部表面的油膜起著潤滑和承壓的作用，逡逑７逡逑

而銷孔中心至最下方端面的距離稱為銷裙高。逡逑按照裙部設(shè)計形式來劃分，活塞裙部可劃分為三種：分別為全裙式、半拖板逡逑式、拖板式結(jié)構(gòu)。具體如（圖２－２）所示。全裙式結(jié)構(gòu)活塞裙部無窗口，為圓柱逡逑形薄壁結(jié)構(gòu)；半拖板式裙部結(jié)構(gòu)是在全裙式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上在短軸處下方去掉一部分逡逑實體，這樣能夠減輕重量，降低活塞的往復(fù)慣性力及摩擦力；拖板式活塞結(jié)構(gòu)目逡逑前運用最為廣泛，將整個短軸處實體去除，具體作用和半拖板式活塞作用類似。逡逑拖板式活塞重量輕，，裙部壁薄，彈性足，與氣缸之間的間隙更小，而去除實體的逡逑部分不承受壓力，對活塞的整體運動沒有任何影響，但是剛度略有下降，因此廣逡逑泛運用于小型內(nèi)燃機上［２°］。逡逑ａｇ逡逑＾邋＾邋■逡逑拖板式邐半拖板式邐全裙式逡逑圖２－２活塞裙部型面結(jié)構(gòu)逡逑２．１．２活塞裙部型面結(jié)構(gòu)逡逑活塞裙部整體形狀稱為活塞裙部型面�；钊姑嬗挚煞譃闄E圓面（橫截面）逡逑及型線面（縱截面）。橢圓面是垂直活塞軸線的，因為活塞不同角度受力及受熱狀逡逑況存在差異，因此其曲率也是隨著角度的變化而變化；型線面是指在活塞軸線方逡逑向，尺寸隨著高度的變化而變化，其原理與橢圓面是類似的。逡逑活塞裙面結(jié)構(gòu)在早期設(shè)計中是正圓柱形的
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U464

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本文編號：2621934