活塞裙部仿生耐磨结构设计及试验研究

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1、活塞裙部仿生耐磨结构设计及试验研究TheBionicandWearResistantofPistonSkirtonStructureDesignandExperimentalStudy作者姓名：熙鹏专业名称：农业机械化工程指导教师：丛茜学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月3日摘要摘要活塞裙部仿生耐磨结构设计及试验研究随着中国经济的稳步发展，人们对追求优质生活愿望的不断提高，汽车成为提高家庭生活水平与质量的一种象征。发动机是汽车动力的源泉与心脏，发动机性能的好坏将直接影响到汽车的动力性，进而影响汽车其他的性能，因此提高发动

2、机的性能可以从根本上提高汽车其他性能。活塞作为发动机中的重要摩擦部件，其性能的好坏直接影响到汽车动力的输出，而活塞裙部磨损是活塞磨损的重要原因之一。因此，减少活塞裙部运动过程中的摩擦损失，对于提高发动机的输出动力具有重要的意义。现阶段对发动机活塞裙部的研究主要通过改进发动机活塞裙部材料和发动机活塞裙部结构两方面进行。对发动机活塞材料的改进主要是把传统铝合金材料活塞改进成新型复合材料活塞；第二种方法是通过在活塞裙部表面喷涂一层新型材料，其主要目的是使活塞裙部更加耐磨。活塞裙部结构的改进主要是针对活塞裙部表面结构优化与整体结构。但

3、是新型材料的成本过高，技术还不成熟，有些固有的缺点还没有完全解决，传统的结构改进对提高活塞裙部性能方面有限。而采用仿生非光滑理论，对减少活塞裙部磨损、提高活塞寿命具有良好的效果。采用仿生非光滑技术，通过在活塞裙部加工孔可以有效的提高活塞裙部的耐磨性。但目前对直径较大通孔的研究相对较少。本文在活塞裙部设计直径较大的仿生通孔型结构并通过模拟分析和发动机台架试验的方法对活塞裙部的耐磨性进行研究分析。本文的主要工作内容如下：（1）发动机怠速工况下活塞裙部所受载荷计算以后期台架试验所用的捷达LX-2V型发动机活塞为研究对象，根据发动机的

4、基本参数和测量参数对发动机在怠速转速下活塞裙部所受的最大压力进行计算，并根据压力在活塞裙部的分布情况建立裙部受力分布函数，结合热成像仪测量数据为活塞的有限元分析做好准备。（2）标准活塞有限元分析通过逆向工程技术并结合标准活塞实体建立标准活塞三维实体模型，将其导入有限元分析软件ANSYS中，并根据活塞裙部的受力及温度情况，对活塞进行有限元结构分析、热分析和热结构耦合分析。（3）活塞裙部仿生通孔型设计及有限元分析根据活塞裙部的尺寸，分别以孔径、每行孔之间的距离、孔与孔之间周向的I吉林大学硕士学位论文角度设计了9种仿生通孔型活塞，并

5、对仿生活塞进行有限元结构分析、热分析和热结构耦合分析。（4）发动机台架磨损试验根据活塞裙部的结构分析、热分析和热结构耦合分析结果优选3个仿生活塞进行加工，与标准活塞进行发动机台架试验。通过测量活塞质量损失与裙部表面粗糙度以及有限元分析结果对活塞裙部耐磨情况进行比较分析，获得怠速情况下磨损量最小的仿生活塞。通过发动机活塞实际运行状况，探讨仿生活塞裙部耐磨机理。关键词：活塞，仿生，活塞裙部，有限元分析，发动机，台架试验ⅡAbstractAbstractTheBionicandWearResistantofPistonSkirton

6、StructureDesignandExperimentalStudyWiththedevelopmentofourcountry’seconomy,thedesireofpeoplepursuitthehighqualityoflife,thecarhasbecomeasymboloffamily’slivingstandaryandquality.Theengineisthesourceandheartoftheautomoblie’spower.Theengine’sperformancecaninfluencethep

7、owerofacardirectly.Andtheninfluenceotherperformanceofacar.Therefore,improvetheengine’sperformancewillhaveanimpactonvehicleperformancefundamentally.Pistonisanimportantfrictioncomponentinengine.Itsperformancecaninfluencetheoutputofacardirectly.Andthewearofpistonskirti

8、soneoftheimportantreasonsofpistonwears.Therefore,howtoreducethefrictionlossofpistonskirtsoastoimprovetheoutputoftheenginehasimportantsigni