内燃机活塞优化设计及分析.pdf

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1、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—02OptimaldesignanalysisonpistonofinternalcombustionengineQiuSheng——dong(Shaoxingvocational&tec

2、hnicalcollege，ShaoxingZhejiang312000，China)Abstract：Basedonthestructureandworkingprincipleofthepiston，thefiniteelementmethodmodelwasestabhshedbyu·singProToolsM—Poweredsoftware．Theloadboundary．stressanddisplacementaboutthepistononthismodelareanalyzed．Andtheoptimizeddesignofthepistonhadbee

3、nachievedatlast．Keywords：internalcombustionen~ne；piston；optimaldesign1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

4、，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

5、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型，解销座处裂纹的产生，这对于提高活塞强度，增大活对活塞结构进行优化设计。塞销座内腔容积，减轻内燃重量具有重大意义。2．1模型简化1．2活塞结构设计分析活塞设计中在进行数值模拟过程中，模

6、型的建立基于对内燃机的结构功能及实用性的要求，内燃是非常重要的过程。为了使模拟的结果尽可能的与机的活塞设计与整体活塞不同，其进行组合活塞设计．实际接近，在建模过程中各种关键参数设置应与实际时，除了必须考虑整体活塞设计时需要考虑的各种问相一致。考虑到模型的计算规律和计算计算准确度，题外，还必须优化顶、裙之间的间隙，这是组合活塞设有必要对模型进行必要的简化。将活塞实体分别以计的关键问题L2J。具体来说，活塞设计需满足：①需1：1、1：1／2和1：1／4输入ProTolsM—Powered软件保证整个内燃机的工作强度要求；②活塞设计应具有进行有限元分析，并将上述三个结果进行对

7、比分析，足够的刚度和机械强度，保证活塞的工作强度；③良我们发现它们的计算结果相差的非常小，几乎可以忽好的散热性，温差小，避免活塞在工作时产生较大的略不计。同时，将1／4的模型导人软件分析，这时的收稿日期：2010—12—04作者简介：裘升东(1967一)，男，浙江嵊县人，高级工程师，研究方向：机械设计及理论。·69·设计与制焦·机械研究与应用·实体模型更为直观的显示各项分析结果，模式的结果J=鼢(cosR／Lcos20)也显示了该状态下的有限元分析更加符合实际。因其中：R为曲柄半径；to为曲轴旋转角速度；0为曲轴此，在整个活塞模型设计中采