活塞裙部型线研究.pdf

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1、第40卷第2期2011年4月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．40No．2Apr．2011活塞裙部型线研究赵伟苏铁熊(中北大学机械工程学院山西太原030051)摘要：现代高速、高性能发动机上，活塞裙部是活塞设计中特别重要的部位。裙部形状和表面粗糙度影响着活塞裙部流体动力润滑状态(动态油膜的形成与保持)，直接影响到发动机的性能。本文在了解活塞裙部动力润滑理论及内燃机动力学的基础上，通过调试活塞裙部流体动力润滑计算Fortran源程序检验程序的正确性，并掌握

2、活塞裙部型线设计的基本方法。关键词：活塞活塞裙部型线流体动力润滑中图分类号：TK424文献标识码：A文章编号：1671—0630(2011)02—0046—03StudyofPistonSkirtPronleZhaoWei。SuTiexiongNonllUniversityofChina(喇)ruan，Sh蚰)【i，03005l，China)Abstract：PistonsskinisapaJticularlyimport锄tpanint}ledesignofmodemhigh—speedandhi曲·pe南珊一anceengi

3、ne．Theshapeandsurfhceroughnessofpistonskirtimpactthehydrodynamiclubricationstateonthepistonskirt(dynamicfo珊andtIlemaintainingoftheoilfilm)，whichcanimpactonen舀nepedbrIllarIcedi—I‘ectly．Thispaperisbasedontheunderstandjngofthepowerpistonskjnlubdcatjon也eoryanddyn锄icsofth

4、eintemalcombustionengine．Wecanmasterabasicdesignmethodofpistonskirtbycommissioningthehy-dmdynamiclubricationcalculatingt0testt王lepmceduresofFor嗽m．Keywords：Piston，Pistonskirtprofile，7Iheoryofpistonskirthydmdynamiclubrication引言活塞裙部在气缸内起着导向、承受侧推力和传热等作用。内燃机工作时，燃烧室内的气体压力推

5、动活塞沿缸套轴线方向往复运动，由于裙部型线的作用，使活塞与缸套间形成某一恰当的油隙规律，从而获得较佳的润滑效果及活塞稳定的导向作用，即降低了活塞系统的二阶运动和摩擦功率，提高了内燃机的效率。良好的裙部结构，可使活塞的摩擦损失减少10％，油耗降低l％⋯。1活塞裙部的流体动力润滑方程1．1平均雷诺方程由流体动力润滑理论可知，内燃机活塞裙部与气缸壁之间的润滑即为典型的流体动力润滑。活塞在气缸中的流体润滑状态可用平均雷诺方程来描述旧J：品(咖。丢嚣)+R2击((b：等塞)=6R2[形(一警+Q，警他。c。sp)(1)式中，咖。、吼一压力

6、流动因子；日。一剪切流动因子37I一平均油膜厚度／mm；Q一活塞裙部表面瓦楞的高度／mm；p一油膜压力／MPa；卢一润滑油粘度／(N·S·mm。1)；R一气缸公称半径／mm；w一沿z方向的速度／mm·s～；u。一活塞横向速度／(mm·s。1)。1．2雷诺方程的边界条件雷诺方程的边界条件见图l，MN为活塞裙部表面的子午线，其上油膜的压力为最大值，故有：竺=o，口=o(2)计算域的上、下边界为活塞裙部的上、下线在彳一作者简介：赵伟(1984一)，女，在读硕士，研究方向为动力机械及工程．发动机冷却系统。第2期赵伟等：活塞裙部型线研究4

7、7p面上的投影z=±忱，p=0(3)包含活塞销孔在z一口面上的投影在内的右边界：p=0在口轴油膜压力分布的尾部，可能出现这样的情形，油膜压力p和p沿臼方向的梯度同时为零(图1)，这称为雷诺边界条件，即：：=。(巩)，p=o，笔=o(4)上裙边M⋯虹。＼如蝠：z(日)／＼]叫l图l边界条件2油膜厚度2．1热态油膜厚度的模拟‘31气缸壁面和活塞裙部表面之间的油膜厚度分布在内燃机的冷态和热态的情况下是不同的。热态才是正常的工作状态，因而研究热态时油膜厚度分布才有意义。假定热态下的活塞裙部型面为柱坐标系下的某一曲面r(0，z)，再考虑到

8、活塞相对于气缸轴线的偏移和倾斜。将油膜厚度以函数h(O，z)表示如下：^(p，彳)=尺。(臼，z)一r(口，z)一[eo+(z—Dy]cos日(5)式中：尺。一气缸在热态下的真实半径；e。一活塞中心线相对于气缸中心线的偏移；7一活塞绕销孔中心摆动的角度∥一活塞销