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车用发动机 2019年第1期 72-79页

作者：何畏夏飞杨陈洋黄帅西南石油大学四川成都610500 吉利四川商用车有限公司四川南充637000

为了提高弧面衬套式活塞销的寿命,降低活塞销座应力集中,利用有限元法与正交试验法相结合的方式对弧面衬套式活塞销进行优化。建立以活塞销台阶孔圆柱内径d以及两端圆柱孔长度l为变量,活塞销最大应力值为目标的正交试验,同时考虑接触应... 详细信息

为了提高弧面衬套式活塞销的寿命,降低活塞销座应力集中,利用有限元法与正交试验法相结合的方式对弧面衬套式活塞销进行优化。建立以活塞销台阶孔圆柱内径d以及两端圆柱孔长度l为变量,活塞销最大应力值为目标的正交试验,同时考虑接触应力与热应力,求得弧面衬套式活塞销结构优化最佳参数:d=14.5 mm,l=8 mm。对常见活塞销材料进行研究,运用有限元仿真分析方法对优化结果进行检验,结果表明,材料对弧面衬套式活塞的影响较小。优化后的弧面衬套式活塞销降低了活塞销座与活塞销的应力,极大地提高了弧面衬套式活塞的寿命。

关键词：活塞销弧面衬套有限元法优化设计

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CNG发动机活塞热-机耦合应力分析

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机械科学与技术 2017年第12期36卷 1941-1948页

作者：陈洋何畏贺军超熊尉伶杨志勇张自立西南石油大学机电工程学院成都610500 四川省特种设备检验研究院成都610061 吉利四川商用车有限公司四川南充637000

随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展,使得活塞销座由于应力集中而引起疲劳裂纹。为此,设计了一种新型弧面衬套活塞销座,对衬套进行了运动分析和装配条件分析。通过有限元方法分析了活塞在机械载荷、热-机耦合载荷条件下... 详细信息

随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展,使得活塞销座由于应力集中而引起疲劳裂纹。为此,设计了一种新型弧面衬套活塞销座,对衬套进行了运动分析和装配条件分析。通过有限元方法分析了活塞在机械载荷、热-机耦合载荷条件下的应力分布状态。研究结果表明:在机械载荷作用下,新型活塞-衬套的Mises应力比原活塞降低了25.3%,新型活塞销座最大Mises应力比原活塞降低了27.9%,新型活塞销座的接触应力比原活塞降低了35.4%。活塞在热-机耦合载荷作用下的应力状态与在机械载荷作用下的结果相似,活塞应力状态都有很大改善。装配有衬套的活塞销座的应力分布更加的均匀,更容易形成润滑油膜。因此,该结构具有降低活塞销座应力、提高润滑能力和提高活塞销座的疲劳寿命的优点。

关键词： CNG发动机活塞弧面衬套结构设计耦合分析应力

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天然气发动机衬套式活塞的设计与研究

天然气发动机衬套式活塞的设计与研究

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作者：陈洋西南石油大学

学位级别：硕士

随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展,以及国家对汽车发动机的排放特性要求的提高,使得活塞的工作环境越来越恶劣,所受的载荷也是越来越大。由于活塞在气缸内做非匀速的往复直线运动的过程中,同时受到燃烧爆发压力、往复... 详细信息

随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展,以及国家对汽车发动机的排放特性要求的提高,使得活塞的工作环境越来越恶劣,所受的载荷也是越来越大。由于活塞在气缸内做非匀速的往复直线运动的过程中,同时受到燃烧爆发压力、往复惯性力、侧压力和摩擦力,使得活塞销座受到周期性的冲击负荷和热负荷的联合作用。活塞因为强大的燃烧爆发压力和往复惯性力使活塞销座产生应力集中,加上高温环境对活塞材料力学性能的影响,降低了材料的强度,逐渐引起销座疲劳开裂,造成不可估量的经济损失。通过相关文献调研,发现活塞销座失效是活塞的一种常见失效形式,所以本文将以吉利四川商用车有限公司的NQ140BN5发动机为研究对象,对活塞销座进行相关的结构设计与分析。主要的研究内容如下:(1)针对活塞销座失效形式,在NQ140BN5发动机原活塞基础上,设计了一种新型弧面衬套活塞销座,对弧面衬套式活塞进行了装配条件的讨论,建立了弧面衬套的运动方程、接触方程、速度方程、受力方程;(2)采用SolidWorks软件建立新型活塞的三维模型,然后导入软件ABAQUS中建立有限元分析模型,运用相关的经验公式和半经验公式计算求得活塞的热边界条件,对新型活塞的温度场和热应力场进行了求解,发现新型活塞相对于原活塞变化分别只有0.36%、7.2%;(3)分析了新型活塞-衬套在机械负荷作用下、热-机耦合负荷作用下的应力状态,并与原活塞应力进行对比分析,发现新型活塞-衬套结构能够有效降低销座处的Mises应力和接触应力。讨论分析了新型活塞-衬套结构在不同燃烧爆发压力下的应力状态,发现随着燃烧压力的增加,新型活塞-衬套结构的Mises应力和接触应力的增长率明显低于原活塞;(4)对新型活塞-衬套结构的曲柄连杆机构进行刚柔耦合的动力学分析,得出发动机在额定转速2800r/min时,改进前后活塞销座处的作用力大小,模拟结果表明新型活塞销座处的相互作用力比原活塞销座小,以及分析了新型活塞的运动学特性,结果与原活塞的运动规律具有一致性;(5)建立球心式弧面衬套和对心式弧面衬套的弧线长度方程、以及对心式弧面衬套的球心轨迹方程,讨论分析了不同衬套弧面尺寸和不同衬套材料对销座应力状态的影响。

关键词： CNG发动机活塞销座弧面衬套结构设计应力场

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