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《优化活塞销孔形状设计改善燃烧室可靠性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、优化活塞销孔形状设计改善燃烧室可靠性马学军刘世英王志强:优化活塞销孑L形状设计改善燃烧室可靠性15优化活塞销孑L形状设计改善燃烧室可靠性马学军刘世英王志强(山东滨州渤海活塞股份有限公司)[摘要]随着爆发压力提高,活塞燃烧室喉口开裂失效有所增加.除了热应力,材料蠕变等引起喉口疲劳开裂外,研究发现,活塞销孔结构对燃烧室开裂也有重要影响.异形孔结构可提高销孔承栽能力,但同时提高了燃烧室边缘拉伸应力幅值,降低了硕部可靠性能;通过优化设计销孔结构可提高燃烧室及销孔承栽能力.[关键词]活塞燃烧室开裂异形销孔可靠性ImprovetheDur
2、abilitycapacityofthePistonChamberBasedonthePin-boresProfileOptimizationDesignMAXue.iunLIUShi.yingWANGZhi—-qiang(Shandongbinzhoubohaipistonltd,binzhoushandong256602)Abstract:Thecrackfailureattherimofthepistonschamberaugmentedwiththetrendofthehigherpressurerecentlyyea
3、rsinthemodernengines.Besidesthethermalstress,thecreepactionofthematerialandotherfactors,thestructureofpin—boreprofilemaybeanothersignificantfactorwhichinfluencedthebeginningoftheinitialcrack.Furthermore,thecarryingcapacitybenefitedfromtheprofileofthegudgeon—pin—bore
4、,unfortunately,thisconfigurationraisedthetensionstressesamplitudeatthechamberrim,microcrackmaybeformedandexpandedatthisrealm.As3result,boththecar—tyingcapacityofthepin—holeandthechambercouldbebetterbythepin—holeprofileoptimized.Keywords:Piston,Crackofthechamber,Pin—
5、bore1Sprofile,Durability1前言柴油机强化程度的日趋提高使铝活塞顶部燃烧室喉口烧蚀,开裂失效等现象较以前有所增加,特别是为适应爆发压力提高,活塞采用异形销孔结构后较原先采用圆柱形销孔结构时的失效几率增大.许多研究单位针对燃烧室喉口开裂开展了大量的理论及试验研究…1J.一般认为,喉口疲劳开裂主要由发动机全载运转和空载运转交替过程中产生的较大的循环热应力,蠕变变形和塑性变形等因素综合所致.为防止喉口疲劳开裂.设计时多采用强化冷却以降低喉口区温度梯度,燃烧室部位采取镶嵌陶瓷纤维,附加保护层或采用铰接式活塞,整体
6、锻钢活塞等提高承载能力,成本大幅度上升.图1所示为某柴油机活塞燃烧室喉口开裂失效示意图.从图中可看到,活塞顶部出现了疲劳裂纹.为提高顶部抗疲劳开裂能力,该活塞顶图1活塞顶部喉口裂纹部及燃烧室部位采用阳极氧化处理.销孔轴线正上方喉口区域未进行氧化,裂纹位于该非氧化区.作者对试验及使用中出现的活塞燃烧室失效进行了对比分析,并对该活塞喉口开裂进行了销孔方案再设计,计算及试验结果表明异形销孔结构对喉口疲劳开裂存在相当的影响,优化销孔结构可提高销孑L承载能力及喉口抗热裂能力.2计算模型及边界条件2.1活塞FEA计算模型活塞承受的机械负荷
7、带有显着的冲击性.由于受到动载荷持续施压与活塞销变形挤压,经过一定循环后可能导致销座产生裂纹.异形销孔结构是为适应活塞与活塞销配合而采取的一种预防销座开裂的措施.该柴油机燃烧室中心位于活塞顶部中心位置.为评价销孔结构对销孔承载及燃烧室应力分布的影响,考虑到活塞的对称性,在不影响分析精度的前提下,建立图2所示1/4活塞模型,,,B,C,D,分别表示应力分析的部位.16内燃机配件2006年第4期该活塞最初设计采用圆柱形销孔,随着发动机升功率及机械负荷的提高,活塞设计了冷却通道以降低顶部及环槽温度;销孔采用锥形孔结构适应机械负荷的提
8、高,单侧锥形角度为9;在使用过程中强化后的发动机活塞出现了喉口开裂失效,据此分析并设计图3所示的双侧锥形结构.CD图2活塞FEA模型..图3双锥形异形销孔结构示意为充分对比其他常用销孔结构,建立减压弧结构(不同减压包容角度对比)和斜形减压弧结构.各计算模型如表1所示,销孔结构
