大功率柴油机活塞环气环的强度有限元分析.docx

大功率柴油机活塞环气环的强度有限元分析卢耀辉，张舒翔，谢宁，郭明（西南交通大学机械工程学院，四川成都，610031）摘要：活塞环在高速、高温、高压及润滑困难的恶劣条件下工作，是大功率柴油机中工作寿命最短的零部件之一，其强度特性直接影响柴油机的工作可靠性和使用寿命。针对柴油机的性能要求，结合活塞环第一道气环的理论参数，建立缸套、气环、活塞的简化模型；设置套装接触，对其强度进行了有限元分析。结果显示：最大套装应力MPa，最大工作应力MPa均在许用安全范围之内。最后计算出活塞环热传导时的温度场分布，结果显示其导热性能良好，满足设计需求。有限元分析结果与理论计算结果相比一致，从而为活塞环气环的设计提供参考。关键词：柴油机；活塞环；有限元分析；强度；传热性中图分类号：U464.13文献标志码 AStrength Finite Element Analysis of Piston Gas Ring for High-Power Diesel EngineLU Yao-hui,ZHANG Shu-xiang,XIENing, GUO Ming(School of Mechanical Engineering of Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan, 610031, China)Abstract： Piston rings work under harsh conditions along with high-speed, high-temperature, high pressure and difficult to lubricate.So it is the part with shortest working life in all parts of engine. The quality of piston rings will directly affect theoperational reliability and working life of engine. Against the diesel engine performance and requirements, this paper simplified models, set the contact, and then conducts the strength finite element analysis for the first gas ring. The maximum assembled stressMPa, maximum working stressMPa which are within the scope of safety. Followed by the piston temperature distribution, analysis results show the good thermal conductivity of the piston ring. The finite element analysis results compared with the theoretical calculation results are consistent, so as to provide a reference for design of piston ring.Key Words：Diesel engine ; Piston gas ring ; Finite element analysis ; Strength；Thermal conductivity柴油机活塞环气环起到密封、导热、润滑等作用，其可靠性直接关系到柴油机的工作可靠性[1][2] [3]。在气环设计方面，国内外做了大量研究：国内，梁超[4]总结了活塞环的先进制造技术的发展；单绍平[5]设计出了一种高效组合式活塞环，采用两环上下叠加的结构，上环为桶面环，下环为锥面环，在活塞环研究方面是一项创新技术。李先文[6]考虑热流的组合活塞环理论，找到了解决柴油机窜漏过大问题实际有效的办法，科学地辅助提升柴油机的各项性能指标。国外学者针对活塞环开展了大量研究，其中KrisadaWannatong、Christian Lotzfelter[7][8]等所提出的活塞环动力学数值仿真算法，解决了复杂工况的研究难题。本文针对某型大功率柴油机活塞环气环，结合气环结构尺寸，在选定基本参数的基础上采用CAD软件建立了柴油机活塞环气环的几何模型；考虑其套装实际及工作状态边界条件，建立了活塞环装配边界接触模型并分别利用有限元软件对其进行分析。1 活塞环有限元模型建立主要针对大功率柴油机中工作环境最为恶劣的活塞环第一道气环进行有限元分析[