【摘 要】
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活塞作为内燃机中传递动力的主要零件,其工作状况对内燃机综合性能有着重要影响。本文以某款排量为0.25L的小型汽油机为研究对象,通过搭建活塞动力学模型与裙部流体动力润滑模型,分析了活塞二阶运动与裙部润滑特性,为活塞优化提供理论指导。为提升发动机综合性能,改善活塞裙部磨损情况,研究了活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置对活塞摩擦与敲击特性的影响规律,运用响应面法,对活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、
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活塞作为内燃机中传递动力的主要零件,其工作状况对内燃机综合性能有着重要影响。本文以某款排量为0.25L的小型汽油机为研究对象,通过搭建活塞动力学模型与裙部流体动力润滑模型,分析了活塞二阶运动与裙部润滑特性,为活塞优化提供理论指导。为提升发动机综合性能,改善活塞裙部磨损情况,研究了活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置对活塞摩擦与敲击特性的影响规律,运用响应面法,对活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置进行了优化匹配研究,最终通过发动机台架试验验证优化结果的有效性,为活塞的优化设计提供了参考和指导。本文主要研究内容有:1、利用有限元分析软件求解活塞的径向刚度,得到活塞的径向刚度特性,并编写活塞径向刚度矩阵文件。求解活塞与缸套的温度场,进而分析活塞与缸套产生的热变形,将该变形量与活塞和缸套的外部型面数据进行叠加,得出活塞与缸套的热态型面。2、搭建考虑活塞-缸套热变形与弹性变形的活塞动力学模型和裙部流体动力润滑模型。对发动机进行台架试验,利用倒拖法测得该发动机的摩擦损失功率,对仿真模型进行标定,验证计算模型的准确性。3、分析了活塞二阶运动一般规律,活塞敲击特性、活塞摩擦特性、活塞节点接触力、最小油膜厚度、油膜分布、裙部油膜压力以及粗糙接触压力,为活塞优化提供理论指导。4、从活塞敲击、摩擦产生的诸多因素入手,将其影响因子逐一进行研究分析,得出影响规律。提出一种利用响应面模型对活塞摩擦与敲击特性关键影响参数进行优化的研究方法,建立了以活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置为优化设计变量,以敲击能峰值最低和摩擦损失最小为优化目标的多目标优化模型。优化结果表明:所研究发动机在最大转矩工况下,优化后的设计参数匹配可使活塞组摩擦损失降低9.13%,最大敲击能降低29.20%。最终对优化样机进行了台架试验验证,优化后发动机功率平均提升2.37%,转矩平均提升2.54%,机械效率平均提升2.06%,燃油消耗率平均降低1.19%。试验完成后发现活塞磨损情况得到改善。
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