发动机活塞机械强度试验影响因素的探讨
发动机活塞销孔结构强度分析及改善 (doc 40页)
发动机活塞销孔结构强度分析及改善 (doc 40页)发动机活塞销孔结构强度分析及改善摘要活塞是发动机中最重要的零部件之一，工作中要承受周期性热负荷和机械负荷冲击，活塞的工作状态直接决定着发动机的使用寿命。
高温、高压的工作环境使承载最大机械应力的活塞销孔部位面临着更大的考验。
活塞销座部位工作温度在200℃左右，活塞销与活塞销孔之间的磨擦还产生着高温负荷。
因此有必要对活塞进行有限元计算分析，弄清活塞及其销孔处的机械应力分布规律，为改进设计提供依据。
本文通过PRO/E建立活塞组的1/2实体模型。
再运用ANSYS分析软件计算活塞的机械应力与变形，得出活塞销孔内侧应力集中，变形较大。
并在此基础上，提出了活塞的结构改进措施，采用了在活塞销孔内嵌入铸铝青铜衬套。
针对改进设计方案进行了有限元分析，结果表明该改进方案使得活塞销孔内侧的应力趋向均匀，改善了销孔的应力集中现象，降低了销孔表面应力峰值，达到了预期的效果。
关键词:活塞；机械应力；有限元AbstractOne of the most important parts of an engine directly governing endurance is the piston,which periodicly bear the impact of heat load and mechanical load. High temperature, high pressure working environment make the piston pin hole bearing the maximum mechanical stress load position face even greater challenge. Piston boss works in the temperature of about 200 ℃, and the friction between the piston pin hole and piston pin also produces a high temperature load.Therefore，it is necessary to do the finite element analysis for the piston，clarify distribution of thermal stress and mechanical stress of the pistons to provide a basis for improving the design.This article establish piston range of 1/2 solid models by PRO/E.Then using ANSYS software to calculate mechanical stress and deformation of the piston, we obtain stress concentration inside the piston pin hole, and with a large deformation.In view of this, it proposes measures of improving piston structure design and adopts the structure of cast aluminum bronze embedded in the hole in the piston pin bushing. The results show that the program has made the stress inside the piston pin hole tend to be even，improved stress concentration phenomenon of the pin hole and reduced the surface stress peak of the pin hole and achieved the desired results.Keywords:piston；finite element；mechanical stress目录1 引言 (1)1.1 概述 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 课题研究的主要内容和方法 (3)2 有限元基础理论及活塞组有限元模型的建立 (4)2.1 有限元基础理论及ANSYS简介 (4)2.1.1 有限元法概述 (4)2.1.2 有限元法划分原则 (5)2.1.3 ansys简介 (9)2.2 活塞组有限元模型的建立 (10)2.2.1 活塞组几何模型的建立 (10)2.2.2 结构强度分析的基本概念 (14)2.2.3 活塞组的受力模型 (17)2.2.4 活塞组边界条件的确定 (21)2.2.5 活塞组有限元模型 (21)3活塞组应力及变形的研究 (23)3.1 活塞组在机械载荷下的变形研究 (23)3.2 活塞组在机械载荷作用下应力分析 (24)4 活塞销孔结构改进后的有限元分析 (27)4.1 衬套的材料及几何模型的确定 (27)4.2 活塞组有限元模型的建立 (27)4.3 活塞组的机械载荷及边界条件的确定 (28)4.4 活塞组机械载荷下变形的分析 (28)4.5 活塞组机械载荷下的应力分析 (30)结论 (33)展望 (34)参考文献 (35)致谢 (37)1 引言1.1 概述发动机是一种将燃油化学能转变成为机械功的动力机械。
关于活塞强度计算的一点体会
关于活塞强度计算的一点体会活塞强度是指活塞在工作过程中所能承受的最大载荷。
活塞是内燃机的关键部件之一，承受着巨大的压力和冲击力，因此其强度对于发动机的性能和寿命具有重要影响。
活塞强度的计算是设计和制造活塞的重要环节，下面将从材料选择、载荷计算和强度分析三个方面谈一下我对活塞强度计算的一些体会。
材料选择是活塞强度计算的基础。
活塞常用的材料有铝合金、铸铁和钢等。
铝合金是常用的活塞材料，因其具有良好的热传导性能和轻质化特点。
铸铁活塞则常用于柴油发动机，因为铸铁具有较高的强度和耐磨性。
钢活塞由于其高强度和耐热性能优秀，适用于高功率和高压力的发动机。
在选择材料时，需要考虑活塞的工作条件、发动机的功率和转速等因素，以确保材料具有足够的强度和耐久性。
活塞强度的计算需要进行载荷计算。
活塞承受的主要载荷有压力载荷、惯性载荷和热载荷。
压力载荷是指气缸内气体对活塞产生的压力，可以通过气缸压力和活塞直径计算得到。
惯性载荷是指由于活塞在工作过程中的加速度而产生的力，可以通过活塞质量、加速度和连杆角速度计算得到。
热载荷是指由于发动机工作时的高温环境对活塞的影响而产生的力，可以通过活塞的热膨胀系数和温度差计算得到。
在进行载荷计算时，需要考虑各种载荷的组合作用，以确定活塞所承受的最大载荷。
活塞强度的计算需要进行强度分析。
强度分析是指通过应力分析和变形分析，确定活塞在工作过程中的应力和变形情况。
应力分析可以通过有限元分析或经验公式计算得到，以确定活塞的最大应力。
变形分析可以通过模态分析和刚体运动学分析计算得到，以确定活塞的变形情况。
在进行强度分析时，需要考虑活塞的结构形式、材料特性和工作条件等因素，以确保活塞在工作过程中不发生断裂和变形。
活塞强度计算是活塞设计和制造的重要环节，需要考虑材料选择、载荷计算和强度分析等因素。
通过合理选择材料、准确计算载荷和进行详细的强度分析，可以确保活塞具有足够的强度和耐久性，提高发动机的性能和寿命。
活塞式压力计相关检定项目的影响因素
3
结论
通过以上的分析讨论，可以得到如下结论： 1 ） 活塞式压力计活塞转动延续时间随活塞半径、
ρ 油 = 895 kg / m 。根据检定规程，0. 02 级活塞式压力计 的活塞及其连接件、 专用砝码质量的最大允许误差为 ʃ 0. 008% ，所以： F 浮力 ρ gV ρ V = 油 浸 = 油 浸 ≤ 0. 008 % mg ρ m gV ρm V 可以得到： V浸 ≤ 0. 07 % V 式中： V 为活塞及其连接件、专用砝码的总体积。 显然，活塞浸入造压介质中的体积至少不能大于 活塞及其连接件、 专用砝码总体积的 0. 07% 。 由此可 见，对于活塞浸入活塞筒体积较大的活塞压力计， 在 计算其专用砝码、 活塞及连接件的质量时， 进行造压 介质的浮力修正是十分必要的。 2. 4 活塞受到造压介质的表面张力 在活塞和造压介质的分界面， 由于造压介质表面 层分子引力不均衡而产生的沿表面作用于界限上的张 力。该力在竖直向下方向的分量为 F 表面 = 2 πrσcos θ 式中： σ 为表面张力； θ 为浸湿角。 （ 10 ）
2
那么活塞受到造压介质的粘性阻力矩为 2 πμhr3 T = ω Y 在 dt 时间内， 活塞转过的角度为 ωdt， 粘性阻力矩对 活塞做的微功为 － Tωd t = － 2 πμhr3 2 ω dt Y
t 时刻，由动能定理可以得到
∫
即
t
0
－
2 πμhr3 2 1 2 1 2 ω d t = J ω － J ω0 2 2 Y
计量检测：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
活塞式压力计检定和使用中相关问题探讨
王阳，齐坤，徐维钧，沈涵
（ 北京新立机械厂 计量中心，北京 100039 ）
摘 要： 活塞式压力计的规格种类很多 ， 有时仅依靠检定规程对其检定得到的结果和实际情况有很大差别 。
4缸柴油机活塞设计及强度分析
0.75-1.3 0.46-0.80 0.35-0.42 0.10-0.20 0.07-0.10 0.50-0.90 0.25-0.42
1.1-1.6 0.70-1.00 0.40-0.55 0.12-0.25 0.08-0.15 0.70-1.10 0.25-0.45
筋就能够满足活塞顶部结构的稳定性要求。 3 活塞销座及销孔结构的设计 柴油机活塞销座的刚度与承载力也是活塞设计中的
重 点 ，对于柴油发动机中的销座设计，需要考虑的因素为 销座间距及大小的影响、销座内 侧面结构的影响等，其中 销 子 直 径 d 的大小对销座的结构设计影响较大，销子在设 计过程中要保证其刚度与弹性的对应联系，整体上保持足 够的刚性避免发生弯曲变形，而局部要保证其具有较好的 弹性以适应局部的应力变形。为了提升柴油机销孔结构的 承 载 力 ，在设 计上 ，主要以改善降低销孔形状与比压的方 式 ，达到优化活塞销座结构的目的。在现有的设计及试验 中 ，我们发现，在同一材料的标准下阶梯形销座与楔形销 座 ，对于降低销孔比压有积极的影响。
究方向为柴油机结构设计及配套应用。
性 ，得出冷却系统管路优化方案，以提高冷却效果。降低污 染 物 的 排 放 ，对 环 境 保 护 具 有 重 大 意 义 。
表 1 活塞结构设计主要活 塞 直 径 D (mm)
各结构 参数与 活塞直径 的比值
总 高 GH/D 压 缩 高 PH/D 销 孔 直 径 BD/D 火 力 岸 H1/D 第 一 环 岸 H2/D 裙 部 高 度 SH/D 销 座 间 距 WWD
关键词：油底壳;有限元计算;共振分析；固有频率 Key words:oil sump；FEA；vibration analysis；natural frequency
发动机活塞环的影响因素及减磨措施
关闭， 排 气 制动 阀控 制 缸 内的气体 通 过 电磁 阀排 入 大气， 排 气 制 动 阀在 制动 阀控 制 缸 内回位 弹簧 的作 用 下重新 打开 ， 排 气制 动 阀不 起作 用 。 排 气制 动 系统 易 出现 的 故 障 ． 主要 是排 气 制 动 气制 动 系统 失效 。 检查 排 气制 动开关 ， 先打 开 电磁 阀 出气 口， 观 察 出气压 力 是否 正 常 ， 如果 无 气 ， 再 打
可 能发 生熔 着磨损 。 影 响 活塞 环磨 损 的 因素很 多 ． 其 中活 塞环 的材 料 和形 状 、 汽缸 套 活 塞 的材料 和 结构 、 润滑状态 、 发 动 机 的结 构 形 式 、 运转 条 件 、 燃 油 和 润 滑 油 的 品 质
建立 ， 使 其 实 现 完 全 润 滑 比较 困难 。 而 常 常 处 于 临
维修指 南
发动机活塞环 的影响因素及减磨措施
白云 飞 孙 茂钧
一
、
活塞 环的 工作环 境
（ １ ） 活塞环在上下止点之间作往复运动 ， 速 度 从静 止 状 态变 化 到最 高 达 ３ ０米／ 秒左 右 ， 如 此 反复 地 做大 幅度 变化 。
开 口间隙磨 损 为 ０ ． ４ ￣ ０ ． ６毫米 ，第 二道 开 口间隙磨 损为 ０ ． ２ ５ — ０ ． ４毫 米 ，油环 开 口间隙磨 损 为 ０ ． ３ ～ ０ ． ５ ５
界 润 滑 状 态
二、 活塞 环磨 损 的原 因
根据 磨 损 机理 ，活塞 环 磨损 可分 为 正常磨 损 、 熔着 磨损 （ 划伤 、 擦伤） 、 磨料 磨损 及腐蚀 磨损 。但这 些 磨损 现象 不 会单 独 出现 ， 而 是 同时存 在 并且 相 互 影 响 。按 照磨 损部 位 ， 活 塞 环磨 损 又可 分 为滑 动 面 磨损 和 上 下端 面磨 损 。一 般 来说 ， 滑动 面 磨损 比上 下 端 面磨 损 大 ，滑 动 面 主要 是 熔 着 磨 损 和 磨 料磨 损； 上下 端 面 则 以因 活塞 做往 复运 动而 引 起 的撞击 磨损 为 主 。 活 塞 环 滑 动 面 最 大 磨 损 常 出现 在 汽 缸 上 止 点 位置， 因 为该处 受 高 温气 体作 用 ， 破 坏 了油 膜 ， 造 成 易 于熔 着 的条 件 ， 从 而加 速 了 活塞 环 的磨 损 。通 常
浅谈内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究
浅谈内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究摘要：本文立足于这一实际情况，对内燃机活塞机械疲劳损伤的可靠性进行深入的分析以及研究，以寻求科学合理的优化设计方案，充分保障内燃机的正常运作，延长该机器的使用寿命，不断提高实际的应用价值。
关键词：内燃机；活塞机械疲劳损伤；可靠性研究引言：活塞机械的疲劳可靠性会直接影响内燃机的具体使用寿命以及使用效率，只有保障活塞内部结构设置的合理性及可靠性，才能够将生产制造成本控制在合理的范围之内，充分地发挥内燃机的作用以及价值，积极地提高内燃机的机械效率。
在对活塞机械疲劳可靠性问题教学研究的过程之中存在诸多的限制，缺乏相应的技术报告。
一、内燃机简述内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的喷气式发动机，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。
随着我国综合实力以及生产技术水平的不断提升，内燃机的内部结构构造以及外部模式越来越复杂以及多样。
尽管这种复杂多样的设计能够积极地拓展内燃机的作用以及功能，有效地解决生产以及实践过程之中所面临的各类问题，但是也直接导致机械部件严重出现了相应的疲劳，影响了发动机自身的可靠性，同时与其他的机械损害相比，内燃机活塞所出现的机械疲劳带有一定的突然性以及隐蔽性，如果无法及时发现相应的问题，就会导致各种疲劳损伤的不断加剧，从而造成严重的损失。
二、内燃机活塞机械疲劳损伤我国在推动城市化进程以及工业发展的过程之中，发动机活塞出现了较为严重的机械疲劳现象，同时在大功率坦克发电机、高强化军用发动机以及中小功率发动机的使用过程之中，实际的生产效率以及生产工艺与国外存在较大的差距，国外在使用高性能强化柴油机的过程之中实际的机械寿命突破了一百万公里，相比之下对我国柴油机行业来说，实际的寿命只能够在50到80万公里以内，另外我国的活塞设计水平与其他国家存在较大的差距。
柴油机活塞设计分析及强度校核研究（已处理）
柴油机活塞设计分析及强度校核研究内燃机与配件年第期柴油机活塞设计分析及强度校核研究王凯’周娜’苏铁熊’张俊跃中北大学中国北方发动机研究所摘要伴随着现代柴油机的高强化发展需求,提高最大爆发压力是强化柴油机的一种措施。
随着柴油机的最大爆发压力越来越大.结构要求越紧凑.作为柴油机重要零部件的活塞从结构设计和材料上都有新的发展。
本文对柴油机的活塞从材料、头部、销部、裙部分别进行设计.并对该活塞强度计算验证.从而为强化柴油机活塞部分提供相关理论依据关键词柴油机活塞强度活塞头部活塞裙部活塞销部 :合理的形状和壁厚,质量尽可能小,受热面积小、散引言热好,材料热膨胀系数小、导热性好、比重小,具有活塞是汽车发动机的“心脏”,承受交变的机械良好的减摩性和热强度,质量小的活塞是最佳的设负荷和热负荷,是发动机中工作条件最恶劣的关键计阁。
零部件之一。
活塞的功用是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧柴油机活塞设计室的组成部分。
活塞在高温、高压、高速、润滑不良柴油机活塞的材料应满足如下要求:重的条件下工作。
活塞直接与高温气体接触,瞬时温度小、导热系数大、线膨胀系数小、机械强度高、减度可达以上,因此,受热严重,而散热条件又磨性好、稳定性好、耐腐蚀性好、易于加工等。
综合很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达加工制造因素选 %的共晶铝硅合金 ,液态模 ,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受气体压锻方法制造。
力很大,特别是作功行程压力最大,这就使得活塞表发动机活塞主要尺寸的范围及拟选择值产生冲击,并承受侧压力的作用 ;活塞在气缸内以名称符号相对结构参数值拟取定值很高的速度 ~ /往复运动,且速度在不断地变活塞高度 . ?.化,这就产生了很大的惯性力,使活塞受到很大的压缩高度 . 一 . .附加载荷。
活塞在这种恶劣的条件下工作.会产生裙部高度 . ? .变形并加速磨损,还会产生附加载荷和热应力,同火力岸高 .? . .时受到燃气的化学腐蚀作用。
活塞顶面加工质量的影响因素分析
封 闭 在车 间 ，把 质 量 问题控 制 在 公 司 内 。Ｑ ９ ｏ ｓ ｏｏ
是 一 个包 括 和 扩展 了 ＩＯ Ｏ Ｏ要 求后 形 成 的专 门 Ｓ ９Ｏ 面 对 汽车 工 业 的 质量 体 系 要求 标 准 。是美 国三 大
金 由于 （ １一 次 晶轴 的二 次枝 晶 间距 大 ， 晶 间 Ａ） 枝 分布 的共 晶组织较 少且不 均匀 ，加工 后形成 的 以 仅 （ Ｉ为 轮廓 的显 微 凸 凹不平 区对光 线 反射 、 Ａ） 散射 作 用不 同而形成 宏观 上 的“ 花斑 ” 雪 。 ３ 活塞 热处理 硬度 的影响 ： 、 热处 理 硬 度 不 同 ，活塞 顶 面 加 工后 的质 量 不
塞 顶 面的加工 质 量 。镁 含量 低 的活 塞加工 后 ， 但 不
顶面 ， 环槽 部 位 也 呈现 均 匀 的花 斑 ， 面光 泽 度 相 表
对较 差 ， 白发乌 。 发
大而深 的刀具加工 活塞后 ， 塞顶面不存 在花斑 ， 活 而 使 用刀尖 圆弧小 ｆ 于 Ｒ） 小 １、排 屑 槽 窄 而 浅 的 刀
液浇 注 出的活 塞 因宏观 晶粒 粗 大而产 生 “ 花斑 ” 雪 。
的加工 曾一度 出现 外观 质量 问题 ，并 困扰 企业 ， 在
一
“ 雪花 斑 ” 出现 ， 观上取 决 于合金 中硬化 的共 晶 的 微 组 织 的软 的 （ １的分 布情 况 。变质 后 的 Ａ — ｉ Ａ） ｌｓ 合
鄂 大举 进军 中国市场 的形势 ，这是华 山一条路 。 经 过无 数 次 论 证 。中原 内 配 审时 度 势 ，提 出 了以 “ 民族业 。领 行业 先 ” 为使 命 ，将 国 际 国 兴
问题 之一 是 质 量 管理 。康 明斯 公 司执 行 的是 Ｑ ９ｏ ｓ ｏ ｏ质 量管 理 体 系 ，与 国内企业 一 般 实行 的 终 端 控 制 不 同 ，实 行 的是 过 程 控 制 、 “ 源 鉴 定 ” 货 管 理 ．强 化 车 间现 场 综合 管 理 。要 求 把 产 品 质量
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图 2 活塞电液 伺服疲劳试验装置
2011 年第 2 期
内
燃
机
工
程
91
及压力值可处于良好的受控状态。 在工装设计过程中 , 需要考虑到液压油的压缩 特性。利用液体的体 积弹性模量 K 表 示液压油的 压缩性, 将控制 K 值在一定的范围内。 K = V/ (V p) ( 1)
试验导致试验样件发热足以引起材料蠕变[ 4] 。活塞 液压疲劳试验温度控制在 333 K 左右, 调整 试验频 率( 15~ 45 H z) 进行对比试验 , 结果表明 : 试 验频率 在该范围内变化对活塞销座疲劳开裂的循环寿命没 有影响。 5. 2 加载波形 试验过程中采用正弦波、 三角波等不同的循环波
发动机活塞机械强度试验影响因素的探讨
刘世英 , 赵旭东 , 田小青 , 孟 建 ( 1. 山东理工大学 交通与车辆工程学院 , 淄博 255049; 2. 山东滨州渤海活塞股份有限公司, 滨州 256601; 3. 滨州职业学院, 滨州 256603)
1 2 3 1
Research on Factors Influencing Piston Fatigue Strength Test Results
图 3 液压疲劳加载结构示意图
试验中, 活塞、 活塞销和活塞环采用发动机正常 装机用的组件 , 气缸套和连杆根据部件实际的相关 参数进行改进设计并制造。为了确保高压油的密封 效果 , 活塞环按实际装机时所错开的角度进行安装。 气缸套与活塞的配合间隙 , 根据计算所得到的发动 机运转时热力状态 下的实际 配缸间隙 进行设计 制 造。试验中控制高 / 低压油腔压力幅值的改变, 使得 在每一个加载循环过程中销座与活塞销的接触能够 模拟发动机运转时的工作接触状态。大量的试验表 明: 该试验力学模型的建立所得到的试验波形形状
图 1 销 座承载部位
系统控制着进入工作腔内的液压油流量与压力 , 工 作腔内的压力变化情况由传感器反馈到模拟控制单 元, 经模拟控制单元中的信号比较与合成 , 实现控制 参数的闭环反馈控制。 3 活塞液压疲劳试验残余波形的消除 针对试验中可能存在的残余波形问题 , 采用了
验, 可以判定活 塞销座部位的 可靠性, 考 核设计缺 陷, 判定活塞/ 活塞销的使用安全系数。进行该试验 时必须考虑相关的影响因素, 以确保试验结果的准 确性。 1 活塞机械强度疲劳试验的等效性 在进行发动机活塞液压脉冲机械疲劳试验的过 程中 , 首先要保证试验的合理性。判断依据为 : ( 1) 活塞液压疲劳失效机理与发动机运行中活 塞疲劳失效机理具有一致性。试验的首要原则是保 证液压疲劳试验中活塞产生的疲劳裂纹与发动机运 行中活塞出现的疲劳裂纹一致, 包括裂纹产生的初 始位置与扩展方向。该一致性机理是进行部件疲劳 试验的首要条件。 ( 2) 活塞的疲劳开裂失效具有规律性。在分析 液压脉冲机械疲劳试验失效模型时, 为了建立活塞 疲劳开裂的规律性, 应当考虑不可靠度 F 与应力 、 时间 t 之间的关系
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内
燃
机
工
程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2011 年第 2 期
该能源动力系统提供试验所需要的压力 ( 高压 和低压各一路, 最高压力为 28 M Pa) 。其工作 原理 为: 液压泵站产生的高压液压油 , 经控制单元控制的 电液伺服阀提供液压动力, 分别进入 高/ 低压油腔。 计算机对函数发生器发出控制信号, 驱动伺服驱动 器, 伺服驱动器驱动伺服阀, 伺服阀驱动直线驱动器 输出压力波形。各种传感器的测量信号 , 经 过信号 测量放大器输出各种信号并反馈给控制系统 , 控制
收稿日期 : 2009 10 09
结构或销孔中镶嵌铜套。 相对于圆柱形销孔结构 , 喇 叭口形状承载能力可提高 10% ~ 15% , 如果销孔镶 衬套 , 承载能力则可能提高 30 % 以上 。 在设计验证中, 液压机械疲劳试验系统 是研究 活塞销座可靠 性、 解决 销孔开裂失效 的有效手段。 该试验是通过模拟 发动机燃 烧压力的 循环加载 作 用, 在活塞试验样件内部建立类似于发动机工作状 态的活塞机械应力场, 利用出现裂纹前的循环加载 次数判定零件的试验寿命。通过该液压加载疲劳试
[ 2]
有限元分析技术对试验装置进行了刚度分析 , 将高 压变形控制在一定幅度内。由于空气的可压缩性很 大, 且随着工作压力的改变空气的体积将大幅度改 变, 即游离空气对液压油的当量体积弹性模量影响 很大 , 因此在试验装置中设计了排气阀结构 , 用以有 效地排除压力容器中的空气。为尽可能地减少液压 油在活塞顶部空腔内的较大容积所产生的 油的可 压缩性效应 , 将顶盖加工成与活塞燃烧室形状相匹 配的结构 , 尽可能控制液压油的体积, 尽量消除试验 过程中上一个波形 中的残余 应力对后 续波形的 迭 加。图 3 为活塞液压疲劳加载结构示意图。
第 32 卷 第 2 期 2011 年 4 月
内 燃 机 工 程 Chinese Internal Combustion Eng ine Eng ineering
Vo l. 32 No . 2 Apr il. 2011
文章编号 : 1000- 0925( 2011) 02- 0089- 04
320035
Abstract: In order t o judge eng ine pisto n m echanical f at igue st reng t h, the hydr o pulse t est w as con
duct ed. Based on larg e num ber of pist on hydro pulse t est dat a, fr om fat igue f ailure equivalence, residual w av e elim inat io n, t est t emperat ur e cont rol, loading sinusoid shape and loading fr equency cont rol etc. , t heir inf luences on t he t est results w ere discussed. And t he inf luence of diff erent heat t reat m ent pro cedures w as special ly invest igat ed. T he result s show that peak cylinder pressure, pressure standard deviation et c. are t he dom inant facto rs inf luencing the test result s. T he o il t emper at ure, residual w ave and test f requency should be cont rolled f or improv ing com parabilit y and accuracy of t he test results. M eanw hile, t he heat tr eat ment pro cedure is an impo rt ant f act or inf luencing mechanical f at igue strengt h of pist on pin boss. 摘要: 为评定发动机活塞结构的可靠性进行了活塞液压机械强度疲劳试验。首先建立了试验 结果与发动机活塞实际运转过程中失效的等效性。试验结果表明: 在参数控制中, 最高燃烧压力、 压力标准偏差是影响试验结果的主要因素, 同时要控制残余波形、 试验温度、 加载频率等参数, 以提 高试验的可比性和准确度; 活塞热处理方式也是影响活塞销座机械强度疲劳可靠性的重要因素。 关键词 : 内燃机; 活塞 ; 机械强度 ; 液压试验
式中 , V 为体积增量; V 为被压缩的液体体积; p 为压力的增量。 试验准备过程中充分借鉴文献 [ 3] 的结果。利 用计算机对整个试验系统进行识别, 并完成数据采 集、 储存及信号的时域、 频域分析, 从而通过期望信 号与传递逆矩阵反求出命令信号, 以保证活塞实际 承载反馈信号的可靠性。 4 液压疲劳试验中的温度控制及液压油的选用 试验中控制机油温度在 333 K 左右, 该温度低 于销座的实际工作温度。这主要是由于液压油高温 变质等因素决定的。高载荷高频率的试验环境对液 压油的供给要求非常严格 , 伺服阀允许通过的微粒 仅为 1 m( 高压油滤的过滤精度为 1 m , 低压油滤 的过滤精度为 5 m, 滤油泵的 过滤精度 不小于 10 m) 。如果液压油变质导致洁净度 超标, 将引起系 统核心部位的伺服阀阀芯发卡及磨损。另外, 高温 下液压油抗剪能力严重下降 , 黏度指数也急剧下降 , 导致换油频次加快。液压油的工作温度超过 353 K 后, 温度每升 高 10 K, 液压 油的使用寿命相应减小 1/ 2[ 4] 。因此 , 应避免试验中液压油温度过高。 为确保疲劳样件试验环境 的一致性, 试验循环 中采用强制水冷循环系统 , 通过温度传感器等对液 压油温度进行 控制。冷 却水入口 温度要求 控制在 283~ 303 K 。冷却系统工作 时用压力表监控水压 , 以保证冷却水量及冷却能力。 在选择液压油时 , 如果液压油的黏度太大, 液压 传动损失将增大 , 系统效率降低 , 油泵吸油困难; 但 如果液压油的黏度太小则导致容积损失增加 , 同样 会使系统效率降低。一般在较高压力下工作时需选 用较高黏度的液压油 ; 在流量较大时应该选择较低 黏度的液压油。考虑到液压油的工作环境, 在液压 疲劳试验中选用 SH EL L 牌 H V46 液压油。在保证 使用洁净度的前提下 , SH EL L 牌 H V46 使用期一般 为 1 000 h 。在加油时需先用滤油泵将新油过滤后再 注入油箱。 5 液压疲劳试验参数对疲劳寿命的影响 5. 1 加载频率 美国材料与试验协会 ( AST M ) 研究认为, 高频
[ 1]