内燃机活塞优化设计及分析.pdfVIP

设计与制造 · 机械研究与应用 · 内燃机活塞优化设计及分析 裘升东 (绍兴职业技术学院，浙江 绍兴 312000) 摘 要 ：基于活塞的结构和工作原理 ，运用ProToolsM—Powered软件建立了有限元模型。依托该模型 ，对活塞的负荷 边界、应力和位移进行了分析，最终实现对活塞的优化设计。 关键词 ：内燃机 ：活塞 ；优化设计 中图分类号：TK4 文献标识码 ：A 文章编号：1006—4414(2011)Ol一0069—02 Optimaldesignanalysisonpistonofinternalcombustion engine QiuSheng——dong (Shaoxingvocationaltechnicalcollege，ShaoxingZhejiang 312000，China) Abstract：Basedonthestructureandworkingprincipleofthepiston，thefiniteelementmethodmod elwasestabhshedbyu· singProToolsM —Powerde software．Theloadboundary．stressanddisplacementaboutthepistononthismodelareanalyzed． Andtheoptimiezddesignofhtepistonhadbeenachievedatlast． Keywords：internalcombustionen~ne；piston；optimaldesign 1 活塞的受力分析和结构分析 热变形和热应力；④设计的活塞具有较高的实用性 ， 1．1 活塞受力分析 降低内燃机重量，减少活塞运程，提高内燃机工作效 活塞在工作时受到的压力非常大，瞬间气压可达 率。基于上述活塞设计要求，尽量减少活塞顶部构建 4—5t。活塞在工作时将汽缸内燃烧后所产生的压力 的厚度，保证整个活塞以中间厚两边薄的形式，在活 几乎全部传到活塞销座上，这对活塞销座是非常大的 塞进行机械运动时，因摩擦产生的热量在整个活塞上 挑战，不仅需承担活塞全部压力，还需将该压力转化 传递，热应力对于整个活塞的影响表现为使得整个活 为动能传到连杆小头。因此，在整个活塞组件中，活 塞扭曲变形或者碎裂。大量的实验表明，对于没有进 塞销和活塞座将承担起整个 内燃机工作的绝大部分 行强制冷却设计的活塞构件，活塞做功时产生的热量 工作 ，所承担的机械负荷也是最大的。当前发动机的 80％传到汽缸壁上，剩下的20％左右传到机油和空 转速越来越高，对 内燃机的要求也越来越高，基于当 气中。扩大活塞顶部体积，将有利于热量的快速传 前对 内燃机的要求提高，改变 内燃机内部结构来提高 递，确保活塞正常工作以及延长活塞寿命。因此，目 内燃机效率是当前必经之路。改变活塞销座长度，即 前设计的活塞都以内腔容积大，顶部以薄壁形式。 活塞销座可变形长度越来越小，使活塞销座和活塞销 2 活塞三维实体几何模型的建立 间接触配合及润滑的状况恶化，也使得销座内孔边缘 ProToolsM—Powered是 目前最为有效的有限元 尖角部位产生很大的应力峰值，乃至形成裂纹。实践 设计软件。通过选用该软件对活塞在进行机械下的 证明，提高活塞顶端承受压力的能力，可以大大的缓 应力和变形分析，得出活塞的机械应力场分布模