降低发动机总机械损失可有效节约能源和保护环境,浮动缸套法较平均指示压力法能更精确测量活塞组摩擦力,大幅度减少机械损耗。本文中浮动装置的结构设计与安装均在有限的机体空间内实现,摩擦力测量精度优于现有的专用浮动装置。浮动装置结构设计包含4部分内容:燃气和冷却水密封、缸套轴向燃气压力平衡、活塞组侧向冲击力支承、传感器选型和安装。将浮动装置整体等效为带滞后阻尼器的单自由度振动系统,利用MATLAB与ADAMS软件分别在发动机四种工况下求解系统位移响应,比较二者位移幅值相对误差即为摩擦力测量相对误差,验证了浮动装置结构设计合理,增加浮动装置结构刚度、阻尼系数、表面硬度等可提高测量精度,测量时应选择合适的转速范围。借助有限元软件ANSYS Workbench在燃气压力、活塞组侧向冲击力或活塞组摩擦力作用下对浮动装置进行静力学、模态和热力学分析以研究活塞组摩擦力各种测量影响因素。分析结果验证O形密封圈、弹性止推杆、传感器装配体等结构变形不影响摩擦力测量,解决热应力引起的浮动装置测量影响是难点。传感器和弹性止推杆安装位置与浮动缸套侧向支承方式影响浮动法测量精度,选定的密封圈最高工作温度稍低于燃气密封处温度,需对其进行特殊表面处理或引入冷却环节。在无约束和有预应力情况下进行的浮动装置模态分析可知测量装置不会发生共振现象,为了提高测量精度可对整个发动机进行动平衡与热平衡。