柴油机活塞组件动力学影响因素分析

论文摘要

本文以2D25卧式双缸柴油机活塞组件为研究对象,借助AVL EXCITE Piston & Rings软件对其动力学进行了分析,主要包含以下了三个方面：活塞二阶运动、发动机机油消耗量和曲轴箱窜气量。对于二阶运动的分析主要是从配缸间隙、裙部中凸点位置、活塞销偏置以及活塞头部结构等几个方面进行的,针对每一个因素提出不同方案,对比不同方案之间的活塞最大敲击能量、以及摩擦损失等,从中找出各因素对二阶运动的影响规律,并运用正交分析方法,得出优化方案。从活塞环切向弹力、环背隙、开口间隙、第一道环横截面形状以及油环刮油边偏移度等方面入手,分析各因素对发动机机油消耗量的影响规律,并从中获得合理方案。对窜气量的分析主要是从活塞环槽倒角、缸套厚度及活塞环“三隙”入手。研究结果表明：(1)在该机型原方案其他参数不变的基础上,配缸间隙减小0.02mm,中凸点下移5mm,活塞最大敲击能量可以降低28%,而摩擦损失仅增大2.7%；此外,若活塞头部采用椭锥形设计(锥度增加0.1mm,椭圆度取0.13mm),活塞最大敲击能量可以降低13%。(2)对机油耗影响较大的因素有环切向弹力、一环横截面形状和二环开口间隙。三道环的切向弹力分别去75N、60N、75N时,机油耗降低了4.7%,而摩擦功耗增大2.8%,为所有弹力方案中最合理的一组。一环截面形状采用优化的不对称桶状设计可以使机油耗降低6.3%,而适当增大二环开口间隙也可以降低机油耗,将二环开口间隙增大0.2mm,机油耗降低了8.2%。(3)活塞环环槽倒角对窜气量影响最大,环槽倒角大于0.2mm时,窜气量将急剧增加。综合考虑各因素后得出,一环、二环环槽倒角均取O.1mm较为合适；对于活塞环开口间隙,合理地采用C平衡设置可以大幅降低窜气量,如一环开口间隙取0.35mm、二环取0.7mm、油环取0.35mm时,窜气量减少了27.1%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 活塞组件动力学研究的意义
• 1.2 活塞组件动力学研究的国内外状况
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 活塞组件动力学分析模型的建立
• 2.1 活塞温度场试验
• 2.1.1 试验设备及参数
• 2.1.2 温度场测试方法
• 2.1.3 测点的布置
• 2.1.4 实验结果及分析
• 2.2 活塞有限元分析
• 2.2.1 有限元分析模型的建立
• 2.2.2 活塞径向刚度矩阵的求解
• 2.2.3 换热边界条件的确定
• 2.2.4 温度场有限元分析
• 2.2.5 热负荷作用下活塞热变形有限元分析
• 2.3 缸套温度场试验
• 2.3.1 试验方法
• 2.3.2 缸套测点的布置
• 2.3.3 试验结果及分析
• 2.4 缸套有限元分析
• 2.4.1 缸套有限元模型的建立
• 2.4.2 边界条件的确定
• 2.4.3 温度场及热变形有限元分析
• 2.4.4 热-机耦合缸套变形量分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 2D25活塞组件动力学分析
• 3.1 活塞组件动力学分析软件介绍
• 3.2 结构参数输入
• 3.2.1 模拟运行环境
• 3.2.2 活塞和缸套结构参数及热态纵向型线的拟合
• 3.2.3 活塞环结构参数
• 3.3 活塞二阶运动分析
• 3.3.1 活塞最大敲击能量
• 3.3.2 活塞组件摩擦副摩擦损失
• 3.4 机油消耗分析
• 3.5 曲轴箱窜气量分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 活塞组件结构参数对二阶运动的影响分析
• 4.1 配缸间隙与二阶运动
• 4.2 裙部中凸点位置与二阶运动
• 4.3 活塞销偏置与二阶运动
• 4.4 活塞头部结构与二阶运动
• 4.5 运用正交实验方法选取优化方案
• 4.6 本章小结
• 第五章 活塞组件结构参数对润滑油消耗的影响分析
• 5.1 活塞环开口间隙与润滑油消耗
• 5.2 环切向弹力与润滑油消耗
• 5.3 活塞环背隙与润滑油消耗
• 5.4 第一道环横截面形状与润滑油消耗
• 5.5 油环刮油边偏移度与润滑油消耗
• 5.6 本章小结
• 第六章 活塞组件结构参数对窜气量的影响分析
• 6.1 环开口间隙与窜气量
• 6.2 活塞环侧隙与窜气量
• 6.3 活塞环槽外边缘倒角与窜气量
• 6.4 缸套厚度与窜气量
• 6.5 活塞环背隙与窜气量
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 对活塞组件动力学影响因素分析的结论
• 7.2 对活塞组件动力学影响因素分析的结论展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文