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考虑活塞二阶运动的柴油机内冷油腔换热分析

考虑活塞二阶运动的柴油机内冷油腔换热分析

作者：樊俊辉太原理工大学

学位级别：硕士

内燃机有着高热效率、低碳排放生命周期的优点,成为应用最为广泛的动力机械,具有难以替代的主导力。随着内燃机热效率不断突破,燃气燃烧产生的热量冲击对活塞等部件提出了更高的要求,活塞的强制振荡冷却已经成为活塞冷却优化设计研究的... 详细信息

内燃机有着高热效率、低碳排放生命周期的优点,成为应用最为广泛的动力机械,具有难以替代的主导力。随着内燃机热效率不断突破,燃气燃烧产生的热量冲击对活塞等部件提出了更高的要求,活塞的强制振荡冷却已经成为活塞冷却优化设计研究的重要一环。在对内冷油腔振荡换热的研究中,多数会将活塞运动简化为简单往复直线运动,同时认为油腔的边界温度为恒定值,忽略了发动机转速工况对油腔边界温度的影响,具有一定的局限性。为此,本文基于活塞的瞬态动力学分析,提取了燃气冲击作用下的活塞运动特性曲线,同时将不同转速下的发动机外特性考虑到活塞温度场中,建立了考虑活塞二阶运动的多转速工况下的内冷油腔振荡换热对比分析模型。本文首先搭建了内冷油腔振荡运动可视化试验台,对流体计算模型进行了流动相似性验证,通过试验与仿真结果的对比,对仿真模型进行修正。同时,基于某型四冲程柴油机活塞,对发动机外特性工况下的活塞温度场进行了分析,在活塞温度场与油腔振荡换热的迭代计算中,获得各工况下内冷油腔边界温度条件,以及在此环境下的内冷油腔冷却换热能力。随后,对活塞进行了瞬态动力学分析,将缸盖、活塞组件、机体等相关部件进行装配,并添加适当的阻尼、接触刚度,匹配合适的接触算法,通过施加缸内压力数据以及转速驱动,实现活塞的缸内运动模拟。配合软件的用户自定义函数对内冷油腔的运动进行控制,完成简单往复运动与活塞二阶运动影响下的内冷油腔振荡换热的对比仿真。比较两种运动模式下的油液流动、壁面换热以及周向换热的特征,最终得到各工况转速下的内冷油腔换热能力的变化特性,提出在内冷油腔振荡换热研究中引入活塞二阶运动的必要性,为相关研究提供了一种新的思路。

关键词：活塞冷却内冷油腔振荡换热可视化试验活塞温度场活塞二阶运动瞬态动力学

活塞弹性变形对活塞二阶运动及裙部润滑特性的影响

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农业工程学报 2015年第4期31卷 63-68页

作者：阮登芳许金霞高鑫重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

为揭示活塞弹性变形对活塞二阶运动及裙部润滑特性的影响规律,基于有限元法建立活塞和缸套的结构动力学模型,耦合活塞二阶运动方程及裙部流体动力润滑模型,分析活塞弹性对活塞二阶运动和裙部润滑特性的影响。结果表明:不同曲轴转角下活... 详细信息

为揭示活塞弹性变形对活塞二阶运动及裙部润滑特性的影响规律,基于有限元法建立活塞和缸套的结构动力学模型,耦合活塞二阶运动方程及裙部流体动力润滑模型,分析活塞弹性对活塞二阶运动和裙部润滑特性的影响。结果表明:不同曲轴转角下活塞主、次推力面的变形不同,做功行程中变形明显,而且最大变形量出现的区域随曲轴转角的变化而改变;考虑活塞弹性变形后,活塞二阶运动一般比不考虑活塞弹性变形有所增加,在压缩和做功行程中增加明显;活塞裙部的最小油膜厚度增加,而总摩擦功耗降低,做功行程中两者变化明显;油膜压力场峰值出现位置及油膜压力分布规律改变,油膜压力场峰值减小。该研究为活塞裙部型线设计及配缸间隙选择提供参考。

关键词：有限元法润滑活塞裙弹性变形活塞二阶运动摩擦功耗

考虑连杆-曲轴变惯性影响的活塞二阶运动分析

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上海交通大学学报 2010年第4期44卷 555-559页

作者：张执南谢友柏上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为分析活塞二阶运动轨迹和裙部侧向力,提出一个包括连杆和曲柄动力学在内的活塞动力学和摩擦学耦合分析模型.该模型同时也将活塞环组摩擦力、活塞销和曲轴偏置、配缸间隙对活塞动力学和摩擦学的影响考虑在内.计算和比较了连杆和曲轴变... 详细信息

为分析活塞二阶运动轨迹和裙部侧向力,提出一个包括连杆和曲柄动力学在内的活塞动力学和摩擦学耦合分析模型.该模型同时也将活塞环组摩擦力、活塞销和曲轴偏置、配缸间隙对活塞动力学和摩擦学的影响考虑在内.计算和比较了连杆和曲轴变惯性对活塞二阶运动和侧向力的影响,同时也分析了配缸间隙对活塞二阶运动的影响.结果表明,连杆变惯性及配缸间隙都对活塞二阶运动和裙部侧向力有重要影响.

关键词：活塞二阶运动连杆变惯性内燃机

缸套弹性变形对活塞二阶运动和裙部润滑特性的影响

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汽车工程 2015年第5期37卷 571-575页

作者：阮登芳高鑫马克重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

基于活塞二阶运动方程和裙部流体动压润滑模型,建立了活塞和缸套的结构动力学模型,以分析缸套弹性变形对活塞二阶运动和裙部润滑特性的影响。结果表明:不同曲轴转角下缸套的变形不同,做功行程中变形明显,而且最大变形量出现的区域随转... 详细信息

基于活塞二阶运动方程和裙部流体动压润滑模型,建立了活塞和缸套的结构动力学模型,以分析缸套弹性变形对活塞二阶运动和裙部润滑特性的影响。结果表明:不同曲轴转角下缸套的变形不同,做功行程中变形明显,而且最大变形量出现的区域随转角的变化而改变;考虑缸套弹性变形后,活塞二阶运动有所加剧,在压缩和做功行程中更加明显;在做功行程中裙部最小油膜厚度明显减小,而总摩擦功耗显著增加,在其它行程中两者均无显著改变;油膜压力场峰值变小,在进气和做功行程中减小明显,但压力场分布基本不变。

关键词：缸套弹性变形活塞二阶运动润滑摩擦功耗

裙部型线对内燃机活塞二阶运动和活塞裙部润滑的影响研究

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机械设计 2019年第3期36卷 24-29页

作者：段京华朱琳孙军安徽省汽车工业学校汽车工程系安徽合肥230041 合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥230009

以某多缸内燃机为研究对象,研究活塞裙部纵向型线对活塞二阶运动和活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响。考虑活塞裙部和缸套的表面粗糙度与微凸体接触,建立了活塞二阶运动方程与平均Reynolds方程相结合的活塞裙-缸套摩擦副润滑分析模型。... 详细信息

以某多缸内燃机为研究对象,研究活塞裙部纵向型线对活塞二阶运动和活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响。考虑活塞裙部和缸套的表面粗糙度与微凸体接触,建立了活塞二阶运动方程与平均Reynolds方程相结合的活塞裙-缸套摩擦副润滑分析模型。活塞二阶运动方程采用Broyden方法求解,应用有限差分法进行活塞裙-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明,采用二次曲线型活塞裙部有利于改善活塞裙-缸套摩擦副润滑性能、降低内燃机摩擦损失、减轻活塞对气缸套的冲击和提高内燃机工作的平顺性。

关键词：内燃机活塞二阶运动活塞裙部型线润滑

计及润滑油输送状况和活塞变形的活塞二阶运动和裙部润滑分析

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计及润滑油输送状况和活塞变形的活塞二阶运动和裙部润滑分析

作者：郝飞飞合肥工业大学

学位级别：硕士

活塞是内燃机中的主要零件之一,活塞裙在内燃机运行过程中通过与气缸壁接触引导活塞在气缸内做往复运动,并承受气缸壁给它的侧推力,活塞自身还有一定的摆动。活塞裙-缸套摩擦副的润滑对活塞和缸套的摩擦磨损有很大影响。在内燃机运行过... 详细信息

活塞是内燃机中的主要零件之一,活塞裙在内燃机运行过程中通过与气缸壁接触引导活塞在气缸内做往复运动,并承受气缸壁给它的侧推力,活塞自身还有一定的摆动。活塞裙-缸套摩擦副的润滑对活塞和缸套的摩擦磨损有很大影响。在内燃机运行过程中,活塞变形会对活塞二阶运动和裙部润滑性能产生一定的影响。目前研究中,活塞裙-缸套摩擦副间的润滑状态一般假设为充分润滑状态,而不是根据该摩擦副间的实际润滑状态来进行润滑分析计算,导致分析结果与实际情况有一定差异。本文以某内燃机活塞裙-缸套摩擦副为研究对象,开展计及活塞变形的活塞二阶运动和活塞裙部润滑分析与同时计及润滑油输送状况和活塞变形影响下的活塞二阶运动和裙部润滑分析。利用三维有限元软件分析计算,得到了活塞裙部表面弹性变形计算的柔度矩阵,通过柔度矩阵计算油膜压力作用下的活塞裙部表面变形,同时计算了热载荷作用下的活塞变形与不同曲轴转角时燃气压力作用下的活塞弹性变形。结合活塞二阶运动模型和流体润滑模型,计及活塞变形影响下,进行了活塞二阶运动特性和活塞裙部润滑性能的对比分析;在计入润滑油输送状况影响下的活塞裙部润滑分析模型中,对比分析了不计活塞变形影响和计入活塞变形影响下的活塞二阶运动规律和活塞裙部润滑性能。结果表明,活塞变形引起活塞裙部外轮廓的改变,导致活塞裙-缸套摩擦副间的润滑油膜厚度发生变化;计入活塞变形影响时,活塞裙部的摩擦损耗有所降低;计及润滑油输送状况影响时,活塞变形对活塞裙部润滑性能和活塞二阶运动的影响较小;同时计及活塞变形和润滑油输送状况影响下,活塞二阶运动和活塞裙部润滑性能发生明显改变。

关键词：活塞二阶运动活塞裙部润滑润滑油输送活塞变形

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内燃机活塞二阶运动特性分析研究

内燃机活塞二阶运动特性分析研究

作者：解现龙中北大学

学位级别：硕士

活塞二阶运动是往复式内燃机工作过程中存在的一种微小运动，具体是指活塞横向运动和活塞绕活塞销的摆动。在早期的内燃机研究中并未得到关注，随着振动与噪声控制等要求的提高，而逐渐获得重视。已有研究表明，活塞二阶运动对活塞敲击... 详细信息

活塞二阶运动是往复式内燃机工作过程中存在的一种微小运动，具体是指活塞横向运动和活塞绕活塞销的摆动。在早期的内燃机研究中并未得到关注，随着振动与噪声控制等要求的提高，而逐渐获得重视。已有研究表明，活塞二阶运动对活塞敲击及噪声、活塞裙部摩擦损耗、气缸套的划伤和穴蚀都有一定的影响。随着振动与噪声控制要求的进一步提高，对活塞二阶运动特性进行系统地研究势在必行。本文以活塞动力学分析和活塞裙部及环部的动力润滑理论为依据，利用AVL Glide软件，建立综合考虑活塞弹性变形及热变形、气缸套热变形等因素的活塞二阶运动分析模型，对活塞二阶运动特性进行了系统分析。具体工作内容如下：（1）对活塞动力学建模及求解过程进行了分析。在建模过程中，综合考虑了活塞弹性变形及热变形、气缸套热变形、活塞裙部及活塞环部的润滑和摩擦等因素。（2）以某型柴油机为研究对象，在考虑活塞力载荷边界条件和活塞、气缸套的热负荷边界条件下，探讨了进行相关部件变形分析的有关理论，并随后进行了具体的变形分析。（3）基于上述动力学模型，利用AVL Glide软件对活塞二阶运动特性进行了研究。重点考察了冷态配缸间隙、曲轴偏置、活塞销偏置、活塞裙部冷态纵向型线以及发动机安装角度等设计参数对活塞二阶运动特性的影响，并开展了活塞的弹性变形、活塞及气缸套的热变形、曲轴转速等其他参数对活塞二阶运动特性的影响分析，为内燃机的设计工作提供了参考依据。

关键词：内燃机活塞二阶运动弹性变形热变形有限元

158F汽油机活塞二阶运动仿真分析及性能优化

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158F汽油机活塞二阶运动仿真分析及性能优化

作者：任建敏重庆大学

学位级别：硕士

内燃机噪声按照其产生机理分为机械噪声、燃烧噪声以及空气动力学噪声。活塞敲击力是内燃机振动的主要激励源，也是产生机械噪声的主要因素。活塞在缸内的敲击运动加剧了活塞与缸套的摩擦损失，严重时引起缸套穴蚀，导致缸套漏油漏气漏... 详细信息

内燃机噪声按照其产生机理分为机械噪声、燃烧噪声以及空气动力学噪声。活塞敲击力是内燃机振动的主要激励源，也是产生机械噪声的主要因素。活塞在缸内的敲击运动加剧了活塞与缸套的摩擦损失，严重时引起缸套穴蚀，导致缸套漏油漏气漏水等一系列故障，从而影响发动机的正常工作。活塞敲击力实际产生于活塞的二阶运动，研究活塞在缸内的二阶运动成为国内外学者的一个重要的研究课题。本文以158F型发动机为研究对象，对其所配备的两种不同型线的活塞分别建立有限元模型，在Ansys软件中计算出各自的径向刚度矩阵以及活塞的热变形数据，作为计算活塞二阶运动的边界条件;通过实验得到在特定工况下各自的缸压曲线以及气缸壁面的振动加速度，缸压曲线作为动力输入到AVL-EXCITE中;然后在多体动力学分析软件AVL-EXCITE的PR模块里建立活塞、缸套、连杆、活塞销以及活塞环的模型，输入发动机相关参数及工况条件，进行活塞敲击运动的计算。首先通过计算活塞二阶运动的径向位移、速度、加速度以及转动角度、角速度、角加速度对活塞在缸内的径向运动和活塞绕销轴的转动做了一般性的结论分析，对活塞的二阶运动有了深刻的认识;其次分别通过计算其在不同转速全负荷工况下以及在同一转速不同负荷下的二阶运动情况，研究了发动机在运行过程中转速和油门开度对活塞敲击力的影响，可以看出，随着转速和油门开度的增大，在不同工况下活塞的轴向刮擦力和径向敲击力的变化趋势一致，且随着转速和油门开度的增大，轴向刮擦力和径向敲击力都有所增大。在整个循环过程，当活塞运行到上止点附近时会出现一次相对最大敲击力和最大刮擦力，而在高转速时在活塞从上止点向下止点运行过程中，会出现非常明显的波动，也就是说该发动机的在高速运行时活塞在气缸内有微小的横向摆动，造成这一问题的主要原因是高速运行时活塞的往复惯性力较大，同时配缸间隙对此也会有一定的影响。最后通过径向位移、轴向刮擦力和径向敲击力等评价指标对A、B两种不同型线的活塞进行了对比分析，并且与实验测得的振动加速度曲线进行了匹配分析;仿真数据与实验数据趋势一致，验证了模型的正确性，并且仿真与实验均表明B型活塞性能较好;从活塞自身结构方面对影响活塞二阶运动的因素进行了系统分析，并且重点选取了活塞销偏心和配缸间隙两个影响因素对性能较好的B型活塞进行了优化。

关键词：发动机活塞二阶运动仿真分析优化

内燃机活塞二阶运动与摩擦学行为的瞬态模型研究

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内燃机活塞二阶运动与摩擦学行为的瞬态模型研究

作者：张效翔上海交通大学

学位级别：硕士

随着全球环境问题日益严重和石油资源不断枯竭,提高燃油经济性和降低排放成为高性能内燃机设计的关注重点。据估计,活塞-缸套间的摩擦损耗可达整个内燃机摩擦损耗的25%。因此,良好的活塞-缸套润滑系统对于汽车的节能、减排设计至关重要... 详细信息

随着全球环境问题日益严重和石油资源不断枯竭,提高燃油经济性和降低排放成为高性能内燃机设计的关注重点。据估计,活塞-缸套间的摩擦损耗可达整个内燃机摩擦损耗的25%。因此,良好的活塞-缸套润滑系统对于汽车的节能、减排设计至关重要。而活塞二阶运动对于活塞-缸套润滑系统有十分重要的影响。在以往的研究中,人们一直忽略了内燃机中的系统变惯量特性和内燃机系统动力学对于活塞二阶运动以及活塞裙部摩擦学行为的影响,而且以往的活塞二阶运动数学模型无法进行瞬态分析。本文从推导内燃机系统动力学—活塞二阶运动耦合模型入手,更为全面和深入地对活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学进行了研究。主要研究内容包括: 推导建立了内燃机系统动力学—活塞二阶运动耦合模型。新模型能够在数学层面上表达内燃机系统变惯量特性与活塞二阶运动的关系,也能够反映内燃机转速波动对活塞二阶运动的影响。同时新模型具备了对活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学行为进行瞬态分析的能力。提出了适合活塞-缸套系统的二维平均流量雷诺方程作为润滑分析模型,修正了过于简化的油膜厚度计算公式。推导了针对活塞裙部润滑系统简化的一维雷诺方程。这种一维雷诺方程求解过程十分简单、快速,同时也保证了一定的求解精度。针对内燃机系统动力学—活塞二阶运动耦合模型建立了计算框架,并对某一单缸发动机进行了数值仿真。结果表明:1内燃机系统变惯量对于活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学行为的影响不可忽视。考虑系统变惯量比不考虑系统变惯量时,活塞二阶运动更为激烈,摩擦力与摩擦功耗显著增加。2.连杆的质心位置对活塞裙部摩擦力与摩擦功耗影响明显,连杆质心越靠近大端,活塞裙部摩擦力与摩擦功耗越小。3.随着发动机速度的上升,活塞二阶运动的激烈程度有所下降,摩擦功耗则不断上升。4.随着随着发动机转速的提高,发动机的系统惯性力对于活塞二阶运动和裙部摩擦学行为的影响越来越强。

关键词：活塞摩擦活塞二阶运动系统变惯量摩擦功耗内燃机瞬态行为