活塞结构刚度对动力学性能影响的研究

用矩阵来描述活塞的径向刚度,并在试验台架上对不同位置加载,测得规定点处的变形量,从而确定活塞整体刚度的分布情况。利用建立的动力学模型分析活塞刚度变化对二阶运动、敲击动能及摩擦功损失等的影响,为确保活塞温度场、热变形及缸套安装变形等边界条件的准确性,使用硬度塞测温试验、缸孔轮廓仪等得到的实测数据对模拟过程进行标定和验证。计算结果表明:活塞动力学分析要同时考虑缸套和活塞刚度的影响,否则计算得到的活塞摆角偏小,摩擦损失偏大,而敲击动能则随着曲轴转角的不同而与实际情况产生周期性偏差,有些偏差值甚至会达到70%;改变活塞结构会改变活塞的刚度,通常当裙部刚度增大后,活塞在每个换向时刻的最大摆角会减小,同时在每个敲击时刻的敲击能量峰值也会减小。

基于热机耦合的缸孔-活塞系统优化设计

针对某款四缸柴油机搭建了活塞动力学模型。通过计算活塞温度场,分别得出活塞在温度应力与缸内燃气压力下的变形,同时计算得出缸孔在螺栓预紧力与热载荷下的变形量,得到热机耦合下的活塞型线与缸孔型线。在此基础上对缸孔-活塞系统进行优化设计,在额定工况(3 200 r/min,110 kW)下摩擦损失功率(P_f)降低了8.13%,活塞敲击动能降低38.6%,在最大转矩点工况下各性能也得到改善。