基于竄氣量的活塞環(huán)動(dòng)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、目前發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱竄氣量的大小是影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性的最重要的指標(biāo)之一,長(zhǎng)期以來(lái),科研人員采取多種措施對(duì)竄氣量嚴(yán)格加以限制,以達(dá)到日益嚴(yán)格的性能要求與排放標(biāo)準(zhǔn)。然而影響發(fā)動(dòng)機(jī)竄氣的因素復(fù)雜,傳統(tǒng)方法對(duì)竄氣量進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè),并研究活塞和活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)對(duì)竄氣量的影響受到試驗(yàn)精度,試驗(yàn)時(shí)間及成本等因素的諸多限制,無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代對(duì)活塞和活塞環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。
　　本文研究了竄氣量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響以及多種竄氣途徑,利用

2、AVL Glide活塞組摩擦副專用分析軟件,充分考慮到缸內(nèi)工作條件,活塞剛度,活塞熱態(tài)下的變形以及缸套熱力耦合下的徑向變形等條件對(duì)活塞、活塞環(huán)動(dòng)力學(xué)的影響,在此基礎(chǔ)上對(duì)循環(huán)竄氣量和摩擦損失進(jìn)行評(píng)估,為活塞環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有效的方法,設(shè)計(jì)正交方案對(duì)活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),本文進(jìn)行了如下的研究工作:
　　(1)活塞環(huán)動(dòng)力學(xué)及竄氣理論分析。建立活塞環(huán)的動(dòng)力學(xué)模型和理想氣體絕熱流動(dòng)模型,研究了活塞環(huán)在工作過(guò)程中的受力狀態(tài)及動(dòng)力

3、學(xué)行為,在此基礎(chǔ)上分析了活塞環(huán)的多種竄氣途徑。
　　(2)計(jì)算活塞和缸套徑向變形所需邊界條件的研究。建立AVL Boost整機(jī)模型,得到缸內(nèi)工作壓力和溫度等邊界條件;根據(jù)缸內(nèi)工作的邊界條件,對(duì)活塞和缸套的熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷理論進(jìn)行相關(guān)分析。
　　(3) Glide活塞組摩擦副模型的建立。計(jì)算活塞的剛度矩陣,研究活塞和缸套的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷邊界條件,運(yùn)用ANSYS分析了對(duì)活塞的徑向熱變形和缸套熱-機(jī)耦合狀態(tài)下的徑向變形,在此基礎(chǔ)

4、上建立了活塞組摩擦副模型,并計(jì)算了原模型下的竄氣量以及活塞環(huán)的動(dòng)力學(xué)行為和摩擦學(xué)狀態(tài)。
　　(4)考察竄氣量和摩擦損失的影響因素。以某成熟的柴油機(jī)機(jī)型為例,建立 AVL Glide活塞組摩擦副模型,計(jì)算分析活塞環(huán)的開(kāi)口間隙,徑向彈力,環(huán)與活塞環(huán)槽的徑向、軸向間隙等重要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)竄氣量和摩擦損失的影響規(guī)律,并根據(jù)一環(huán)和二環(huán)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),研究了對(duì)竄氣量的控制方法。
　　(5)綜合考慮上述因素,對(duì)新的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)用正交實(shí)