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活塞销冲孔局部变形分析及改进

锻压技术 2022年第7期47卷 13-19页

作者：袁磊冉均均成都理工大学工程技术学院核工程与新能源技术系四川乐山614000

以某款内燃机活塞销为研究对象,分析其冲孔成形底部出现较大局部镦粗变形的原因并进行修正。首先,对活塞销用材料20CrH钢试样进行室温下的拉伸和压缩试验,利用DEFORM软件对拉伸过程进行数值模拟,以韧性断裂准则Normalized Cockcroft&Lat... 详细信息

以某款内燃机活塞销为研究对象,分析其冲孔成形底部出现较大局部镦粗变形的原因并进行修正。首先,对活塞销用材料20CrH钢试样进行室温下的拉伸和压缩试验,利用DEFORM软件对拉伸过程进行数值模拟,以韧性断裂准则Normalized Cockcroft&Latham(NCL)为模型求解出其临界破坏值为0.22。其次,应用NCL模型对活塞销冲孔成形过程进行数值模拟,分析其冲孔局部镦粗变形的原因为:筒壁外侧为无径向约束状态,冲孔过程中,在与连皮对应相连接的筒壁处出现轴向与径向的复合金属流动。最后,在不改变原有模具的基础上,提出一种通过减薄连皮厚度来减弱底部局部镦粗变形的解决方法,数值模拟与工艺试验结果表明,该方法可以保证冲孔后活塞销外圆柱面的尺寸不会因为局部镦粗变形过大而超差。

关键词：活塞销冲孔局部镦粗韧性断裂准则连皮

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活塞销偏置对润滑油消耗的影响

润滑与密封 2022年第4期47卷 132-138页

作者：刘雨东赵俊生孙楠楠杨志浩傅新月许泰中北大学机械工程学院山西太原030051 潍柴动力股份有限公司内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261061

基于润滑油消耗机制,以某型12v柴油机为研究对象,建立活塞组件动力学仿真模型,分析活塞销偏置方式和活塞销偏置量对于润滑油消耗的影响。结果表明:活塞销偏置方式总体趋势是使润滑油的消耗减少,窜油和甩油得到明显改善,其中活塞销偏副... 详细信息

基于润滑油消耗机制,以某型12v柴油机为研究对象,建立活塞组件动力学仿真模型,分析活塞销偏置方式和活塞销偏置量对于润滑油消耗的影响。结果表明:活塞销偏置方式总体趋势是使润滑油的消耗减少,窜油和甩油得到明显改善,其中活塞销偏副推力侧(Anti-Thrust Side, ATS)对润滑油的消耗减少的效果最好;活塞销偏置量对润滑油的消耗有较大的影响,当偏置量增加时,窜油量先减小后增大,甩油量不断减小,其中活塞销偏ATS 3 mm时对减少润滑油消耗的综合效果最好;随着柴油机转速的增加,润滑油消耗量呈现不断增长的趋势,导致发动机效率降低。

关键词：柴油机活塞销润滑油消耗偏置

活塞销偏置对大功率柴油机活塞组性能的影响研究

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活塞销偏置对大功率柴油机活塞组性能的影响研究

作者：刘雨东中北大学

学位级别：硕士

随着柴油机的不断发展,高功率、高转速、低耗能成为该行业的发展方向,活塞组中敲缸导致的噪声、润滑条件差导致的活塞环磨损、润滑油消耗多等问题亟需改善。活塞销偏置可以使活塞在换向时,处于倾斜的状态,达到提前换向,让活塞侧推力对... 详细信息

随着柴油机的不断发展,高功率、高转速、低耗能成为该行业的发展方向,活塞组中敲缸导致的噪声、润滑条件差导致的活塞环磨损、润滑油消耗多等问题亟需改善。活塞销偏置可以使活塞在换向时,处于倾斜的状态,达到提前换向,让活塞侧推力对活塞的作用由瞬态过渡变为分步过度,可以有效减弱敲缸现象,但是对活塞组动力学、活塞环组润滑特性和活塞组润滑油消耗的影响尚未可知。本文主要以活塞销为主要研究对象,根据活塞组动力学理论、活塞环润滑理论和润滑油消耗原理,将活塞组的表面形状和弹性变化考虑在内,运用AVL-Piston&Rings软件建立单缸仿真模型,并系统分析了活塞销偏置方向和偏置量,对活塞组动力学、活塞环组润滑特性,以及对活塞组润滑油消耗的影响。主要的研究内容有:(1)研究了活塞组动力学特性及建模方法。首先分析了活塞刚度,得到活塞刚度矩阵;其次利用AVL-Boost获得了缸压和换热系数,计算了活塞和缸套温度场各个区域的换热边界条件;然后通过有限元计算活塞和缸套的热变形获得了热态型线,最后建立活塞和缸套模型。(2)研究了活塞销偏置对活塞组动力学的影响规律。基于活塞组动力学计算理论,通过设置活塞销的偏移方向和偏移量,分析对活塞组的动力学特性的影响。结果发现,偏移量不宜超过2.1 mm,活塞销偏置后,活塞动力学各项状态指标都有所提高,各环的径向运动和扭曲运动有所改善,但是相比之下,活塞销负偏后活塞敲击降低明显;针对活塞环组的径向运动和扭曲运动,活塞销正偏比活塞销负偏改善效果好。(3)研究了活塞销偏置对活塞环组润滑特性的影响规律。基于活塞环润滑理论,分析了活塞销正偏、负偏不同距离对活塞环组润滑特性的影响。结果表明,活塞销偏置方向和距离对活塞环组的润滑特性有影响,当活塞销向次推力侧偏置后,环组与缸套间的最小油膜厚度有所提高,摩擦损失总功总体减小,最大油膜压力也总体有所减小;当活塞销向主推力侧偏置后,最小油膜厚度有很大的提高,摩擦损失总功总体减小,最大油膜压力也得到很好的改善。活塞销负偏后各种评价指标都优于正偏。(4)研究了活塞销偏置对活塞组润滑油消耗特性的影响规律。基于润滑油消耗理论,以活塞销偏置方向和偏置距离为自变量,分析了活塞销偏置对润滑油消耗的影响。结果表明,活塞销偏置可以降低润滑油的消耗量。当活塞销正偏后,缸壁蒸发量降低了15.71%,闭口间隙窜油量降低了8.02%,顶环甩油量降低了97.85%,润滑油总消耗量降低了13.17%;当活塞销负偏后,缸壁蒸发量降低了16.83%,闭口间隙窜油量减小了13.18%,顶环甩油量降低了97.15%,润滑油总消耗量降低了16.92%。因此,活塞销负偏润滑油总消耗量低于正偏。

关键词：活塞销活塞组动力学特性润滑特性润滑油消耗

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中国汽车活塞行业市场前景预测

汽车与配件 2024年第11期 56-57页

作者：智研咨询智研咨询

汽车活塞好比汽车发动机的中枢部位,在发动机启动时候占了极其重要的地位。汽车活塞是用来承受气体压力,并通过活塞销让连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧室的组成部分。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部。活塞顶部是组成燃烧室... 详细信息

汽车活塞好比汽车发动机的中枢部位,在发动机启动时候占了极其重要的地位。汽车活塞是用来承受气体压力,并通过活塞销让连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧室的组成部分。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部。活塞顶部是组成燃烧室的主要部分,其形状与所选用的燃烧室形式有关。

关键词：活塞顶部裙部汽车发动机发动机启动活塞销气体压力燃烧室汽车活塞

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高爆压重型柴油机钢活塞与活塞销匹配性能研究

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高爆压重型柴油机钢活塞与活塞销匹配性能研究

作者：吴玉霞山东大学

学位级别：硕士

随着2018年6月重型柴油车国六排放标准的发布,各大柴油机企业选择采用EGR废气再循环排放路线来减少NOx排放。在2030碳达峰、2060碳中和目标的进一步指引下,提高柴油机爆发压力降油耗、减少碳排放需求更加迫切。钢材料具有强度高、热膨... 详细信息

随着2018年6月重型柴油车国六排放标准的发布,各大柴油机企业选择采用EGR废气再循环排放路线来减少NOx排放。在2030碳达峰、2060碳中和目标的进一步指引下,提高柴油机爆发压力降油耗、减少碳排放需求更加迫切。钢材料具有强度高、热膨胀系数小、热传导率低等优点,是高爆压重型柴油机活塞选择的首选材料。利用前期积累的活塞设计经验、结合国内外钢活塞研究开发现状设计的21MPa高爆压12L重型国六柴油机用钢活塞,在首轮整机试验验证中出现了活塞拉缸、活塞销孔与活塞销抱死、连杆小头与活塞销抱死等故障。通过分析拆检后的故障零部件状态,确定源发故障为活塞销孔与活塞销咬合抱死,活塞拉缸为从发故障。因钢活塞材料38MnVS6与活塞销材料20CrMnTi的材料特性相近,与传统铝活塞销孔配副相比,钢活塞的活塞销轴承匹配面临更大的挑战。由于对钢活塞使用特性了解不足和缺乏应用经验,在开发过程容易出现销孔拉伤和咬合的问题。为了解决这一问题,本文就钢活塞销孔与活塞销的匹配进行了深入的研究。本文针对耐久验证中出现的活塞销孔抱死故障进行了重点攻关,列出所有可能的故障原因,并逐项排查和分析各原因,最后确定故障原因。通过仿真软件Abaqus分析不同配合间隙对活塞销孔面压的影响,将最小配合间隙加大到0.08mm。根据拆检结果分析对销孔型线进行优化,通过仿真软件Abaqus分析对比改进前后销孔应力和面压,通过仿真软件Excite Power Unit分析考虑油膜时的轴承总压,确定销孔型线改进方案。通过对活塞销弯曲变形、失圆变形和应力状况进行计算,对活塞销内孔结构进行了分段设计,既保证了活塞销的整体刚度又进一步优化了活塞销与销孔的匹配。改进后活塞及活塞销顺利通过整机磨合,并通过1000h耐久试验和钢活塞销孔咬合试验验证。为快速验证极限状态下改进后活塞销孔与活塞销的匹配,定制活塞及活塞销在最小设计间隙值下进行验证,顺利通过钢活塞销孔咬合试验。通过该项工作积累了钢活塞销孔与活塞销匹配的设计仿真及开发经验,对钢活塞设计应用有很大的指导意义。

关键词：高爆压钢活塞活塞销配合间隙销孔型线

考虑活塞-活塞销系统结构变形及空穴机理的活塞销润滑分析(英文)

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2015年第6期16卷 443-463页

作者： Lin BA Zhen-peng HE Yue-hui LIU Gui-chang ZHANG School of Materials Science and Engineering Tianjin University Aviation Institute of Automation Civil Aviation University of China State Key Laboratory of Engines Tianjin University

目的:建立柔性结构下的活塞-活塞销耦合系统的润滑模型,分析活塞销的形貌和结构对活塞销的摩擦磨损的影响,为活塞销的设计提供参考依据。创新点:1.建立柔性结构下的活塞销多体动力学模型,将空穴理论与活塞销润滑模型耦合,研究活塞销的... 详细信息

目的:建立柔性结构下的活塞-活塞销耦合系统的润滑模型,分析活塞销的形貌和结构对活塞销的摩擦磨损的影响,为活塞销的设计提供参考依据。创新点:1.建立柔性结构下的活塞销多体动力学模型,将空穴理论与活塞销润滑模型耦合,研究活塞销的润滑情况;2.考虑活塞的热变形,使得活塞销润滑情况更贴近于实际;3.将活塞销的干接触位置与实际活塞销磨损位置进行对比,验证活塞销的易磨损部位。方法:1.基于有限元理论构建活塞-活塞销耦合系统润滑分析所需的有限元模型(图3);2.基于模态缩减理论建立活塞-活塞销耦合系统多体动力学仿真模型,将热变形耦合于活塞销型线中(图4);3.分析活塞销的基本润滑特性,比较空穴现象对润滑的影响(图12–15);4.分析不同型面的活塞销的润滑特性,比较各种型线下活塞销的润滑情况(图16–18);5.分析不同销孔内径下活塞销的润滑特性(图21和22)。结论:1.在活塞销润滑问题分析中,考虑到有限差分网格密度和有限元网格密度不一致,采用节点插值算法解决压力不收敛问题;2.从压力作用于活塞顶部的形式方面分析,研究活塞销易发生干接触的部位;3.对比分析是否考虑空穴机理的活塞销润滑特性;研究结果表明,由于油膜破裂导致油膜不能承受载荷,且承受油膜压力位置的密度为油膜密度,其它区域小于油膜密度;4.对比不同型线下活塞销的干接触情况,为活塞销的设计提供参考依据;5.研究不同活塞销孔内径下的润滑,考虑活塞销的热变形,使得润滑分析更贴近实际。

关键词：活塞销活塞销座轴承润滑空穴

活塞销材料20CrMo上沉积CrN涂层的摩擦性能研究

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内燃机学报 2018年第3期36卷 281-287页

作者：刘吉良廖日东陈国华鲍珂刘庆义张鹏伟北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072 潍柴动力股份有限公司内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261001

在高强化柴油机活塞销材料(20CrMo)上沉积了CrN涂层,采用球-盘试验对比研究了20CrMo基材上沉积CrN涂层前后与Si3N4球配副的摩擦学性能差异.在干摩擦条件下,考察了室温、300、500、700和900,℃等温度下两种配副的摩擦系数和磨损率.在基础... 详细信息

在高强化柴油机活塞销材料(20CrMo)上沉积了CrN涂层,采用球-盘试验对比研究了20CrMo基材上沉积CrN涂层前后与Si3N4球配副的摩擦学性能差异.在干摩擦条件下,考察了室温、300、500、700和900,℃等温度下两种配副的摩擦系数和磨损率.在基础油PAO6润滑条件下,考察了不同运行速度和负荷对两种配副的摩擦性能的影响.同时,对PAO6和发动机用油5W40润滑下的摩擦性能进行了比较,结果表明:20CrMo基材沉积CrN涂层后的高温磨损机理发生了改变,其抗磨性能显著增强.在PAO6润滑下,基材沉积CrN涂层后降低了负荷对摩擦系数的影响.在5W40润滑下,CrN涂层的应用明显改善了高速重载工况下的摩擦学性能.

关键词：高强化柴油机活塞销 CrN涂层摩擦学性能

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活塞销冷镦挤成形微折叠缺陷分析及改进措施

塑性工程学报 2018年第6期25卷 99-104页

作者：梁强重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室重庆工商大学机械工程学院

针对活塞销采用原冷镦挤工艺方案成形后转角处出现的微折叠缺陷,通过微观组织观察和数值模拟确定微折叠产生于第2次反挤压,产生原因为:反挤压成形过程中,连皮厚度降低至一定值后,金属在转角处径向流动,导致一少部分连皮处金属在杯底转... 详细信息

针对活塞销采用原冷镦挤工艺方案成形后转角处出现的微折叠缺陷,通过微观组织观察和数值模拟确定微折叠产生于第2次反挤压,产生原因为:反挤压成形过程中,连皮厚度降低至一定值后,金属在转角处径向流动,导致一少部分连皮处金属在杯底转角处出现异常褶皱流动,形成微折叠缺陷。为提高活塞销成形质量和避免成形缺陷,提出采用“反挤压预成形+复合挤压终成形”的改进工艺方案取代两步反挤压成形的原工艺方案。数值模拟结果显示,采用改进工艺方案成形的活塞销锻造流线连续,未出现折叠缺陷。生产实践表明,改进方案可避免活塞销转角处微折叠缺陷的产生,能够满足实际生产要求。

关键词：活塞销冷镦挤微折叠数值模拟

计及活塞销间隙的内燃机曲柄连杆机构动力学分析

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振动与冲击 2013年第4期32卷 133-137页

作者：赵帅唐斌唐运榜安西方大连理工大学内燃机研究所大连116023

基于活塞销与衬套间隙的冲击函数模型和计算多体动力学的方法,研究了活塞销间隙对内燃机活塞-连杆-曲轴运动系统动力学特性的影响。使用冲击函数方法构建了活塞销与衬套的间隙碰撞模型,建立了某单缸内燃机活塞、连杆和曲轴的三维实体模... 详细信息

基于活塞销与衬套间隙的冲击函数模型和计算多体动力学的方法,研究了活塞销间隙对内燃机活塞-连杆-曲轴运动系统动力学特性的影响。使用冲击函数方法构建了活塞销与衬套的间隙碰撞模型,建立了某单缸内燃机活塞、连杆和曲轴的三维实体模型及内燃机活塞-连杆-曲轴的多体动力学模型。在刚性和弹性两种不同连杆模型下,通过分析活塞运动的速度和加速度,以及活塞销的运动轨迹等研究了活塞销间隙产生的碰撞特性对系统动力学行为的影响。结果表明,间隙的存在对该运动机构有显著影响,在上下止点附近活塞的加速度出现许多由碰撞产生的峰值。

关键词：间隙活塞销接触柔体动力学