二冲程发动机活塞裙部变形和润滑的数值分析.pdf

华 南 理 工 大 学 学 报 （自然科 学版） 第４１ 卷 第１２期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＳｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．４１　Ｎｏ．１２ ２０１３年１２月 （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２０１３ 文章编号：１０００５６５Ｘ（２０１３）１２００７５０６ 　 二冲程发动机活塞裙部变形和润滑的数值分析 １ ２ １ 姬芬竹　杜发荣 　刘慎微 （１．北京航空航天大学 交通科学与工程学院，北京 １００１９１；２．北京航空航天大学 能源与动力工程学院，北京 １００１９１） 摘　要：发动机工作时活塞裙部的变形会直接影响与缸套的配合间隙和润滑状态．文中 以某通用航空二冲程活塞发动机为研究对象，建立活塞－活塞销－连杆－气缸套组合体 有限元模型，计算并分析了不同负荷作用下活塞裙部的变形，并通过建立二阶运动动力学 模型分析了活塞的横向位移，对活塞裙部与气缸套间的润滑油膜厚度和油膜压力进行了 模拟计算．结果表明：不同负荷作用下活塞裙部主推力面有不同的变形；热负荷使裙部膨 胀变形；机械负荷作用下裙部上端膨胀、下端收缩；热－机负荷耦合作用时的裙部变形复 杂，不是两者的简单叠加；发动机工作时裙部两端与气缸套壁面间形成楔形空间，活塞裙 部与气缸套之间能够建立油膜润滑． 关键词：二冲程发动机；活塞裙部；变形；润滑；数值分析 中图分类号：ＴＫ４０１　　 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００５６５Ｘ．２０１３．１２．０１３ 　　在通用航空动力装置中，活塞发动机因燃油效 活塞－活塞销－连杆 －气缸套组合体模型，并进行 ［１］ 仿真分析，则可以把某些边界条件转化为内部接触， 率高和耐久性好而占据５０％以上的市场份额 ，其 ［２］ 进而减小由于边界条件简化而引起的误差，并获得 中以二冲程柴油机为首选动力装置 ．由于二冲程 柴油机工作时进、排气口的开启和关闭由活塞的往 理想的计算结果． 复运动实现，且进、排气口的密封主要由活塞裙部完 文中以某通用航空二冲程活塞发动机为对象， 成，因此，活塞裙部设计得较长，裙部形状对二冲程 建立活塞－活塞销－连杆－气缸套组合体的耦合模 ［３］ 型，利用Ａｂａｑｕｓ软件对活塞裙部变形进行计算，利 发动机工作可靠性产生重要影响 ．发动机工作时 活塞承受周期性变化的机械负荷与热负荷耦合作 用Ｆｌｕｅｎｔ软件分析活塞裙部与气缸套壁面间的润滑 用，活塞裙部在耦合负荷作用下发生膨胀或压缩变 状态，分别研究在热负荷、机械负荷以及热负荷与机 ［４６］ 械负荷耦合作用下活塞裙部的变形和耦合负荷作用 形，使工作中的裙部型线发生变化 ．裙部变形使 得活塞与缸套的配合间隙发生变化，同时活塞的二 下的润滑状态，为通用航空二冲程活塞发动机研究 阶运动产生横向位移，与裙部变形共同影响活塞与 奠定理论基础并提供数据积累． ［７１０］ 缸套间的接触和润滑状态 ．在仿真分析活塞裙 １　计算模型 部变形时，遇到的主要问题是边界条件的正确处理． 通常是建立活塞模型，采用经验或半经验公式对边 １．１　几何模型 界条件进行简化．该方法的特点是模型简