高強化柴油機鍛鋼活塞設(shè)計.pdf

1、隨著全球能源危機和環(huán)境危機的日益嚴峻，作為石油消耗最大的內(nèi)燃機，必須在提高其機械效率和熱效率的同時提高其排放水平。要達到上述目的，提高發(fā)動機的升功率和爆發(fā)壓力成為關(guān)注的焦點?；钊前l(fā)動機的心臟，承受著發(fā)動機燃料燃燒帶來的巨大熱負荷和機械負荷。傳統(tǒng)的鋁活塞在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料性能優(yōu)化后，最多也只能承受20MPa的發(fā)動機最高爆發(fā)壓力。而隨著現(xiàn)有發(fā)動機水平的日益提高，發(fā)動機的最大爆發(fā)壓力可以達到25MPa，將來甚至能達到30MPa。因此，現(xiàn)有

2、的鋁活塞受到鋁硅合金材料強度本身的限制已經(jīng)遠遠不能滿足發(fā)動機高強化指標的性能要求，亟需開發(fā)一種各項性能指標均能滿足高強化發(fā)動機性能要求的新活塞來與之匹配。為滿足上述要求，國內(nèi)外陸續(xù)對鋼活塞展開研究。鋼活塞具有以下優(yōu)勢:較低的熱膨脹系數(shù)、較低的熱傳導率、較低的熱損失、強度更高、能承受更高的爆發(fā)壓力和溫度、排放更低。
　　結(jié)合國內(nèi)外鍛鋼活塞發(fā)展現(xiàn)狀，本文設(shè)計開發(fā)了一種高強化柴油機鍛鋼活塞，該活塞通過頭部的一道焊縫和環(huán)岸部位的階梯結(jié)構(gòu)將

3、活塞的頭部和裙部連接成為一個整體。該活塞具有結(jié)構(gòu)強度高、重量輕、低摩擦磨損及可靠性高的特點，可以滿足爆發(fā)壓力超過20MPa的發(fā)動機的使用要求;經(jīng)過臺架試驗測試，新開發(fā)的裝配了鋼活塞的發(fā)動機整機性能穩(wěn)定、效率高、經(jīng)濟性好。相比較同平臺裝有鋁活塞的發(fā)動機，測試得到的發(fā)動機各項指標如機油耗、漏氣量等均得到不同程度地改善。
　　本文主要從活塞的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析、成型技術(shù)和表面處理以及高強化柴油機鍛鋼活塞的試驗驗證這幾個方面進行介紹

4、。
　　首先采用輕量化設(shè)計理念對高強化柴油機鍛鋼活塞進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過采用低壓縮高設(shè)計、等強度薄壁、熱流型內(nèi)腔結(jié)構(gòu)、大容積內(nèi)冷油腔結(jié)構(gòu)設(shè)計以及活塞組件的輕量化設(shè)計，較好地控制了活塞的總體重量。通過設(shè)計較小的配缸間隙、優(yōu)化活塞銷孔型線和裙部型線以及活塞整體磷化和裙部噴涂二硫化鉬，降低了發(fā)動機的噪聲，尤其是冷啟動時的噪聲，減小了活塞組件的摩擦磨損，提高了發(fā)動機的機械效率。發(fā)動機的各項性能指標和經(jīng)濟指標均有一定的提升。
　　根據(jù)設(shè)

5、計方案繪制活塞三維模型，然后對活塞進行有限元分析，評估其各部位的結(jié)構(gòu)強度是否滿足設(shè)計要求。重點對活塞的溫度分布以及活塞在最大爆壓工況、最大側(cè)向力工況和最大慣性力工況下活塞的受力和變形情況進行了分析，然后通過疲勞分析軟件分析了上述工況下活塞的疲勞安全系數(shù)。
　　采用雙定位止口設(shè)計和環(huán)槽外圓一體化加工技術(shù)進行高強化柴油機鍛鋼活塞的加工制造，保證了活塞的加工精度，減小了定位誤差和二次裝夾帶來的誤差;活塞整體磷化和裙部噴涂二硫化鉬，提高了