原文传递
三缸汽油机活塞非对称设计对摩擦磨损及敲击能量的影响
| 论文题名： | 三缸汽油机活塞非对称设计对摩擦磨损及敲击能量的影响 |
| 关键词： | 汽车汽油机;活塞结构;非对称设计;摩擦学性能;敲击能量 |
| 摘要： | 三缸发动机因结构紧凑、效率高等优点成为当前乘用车节能减排主流机型，然而噪声问题一直是限制其品质提升的关键问题。活塞作为内燃机进行能量转化的关键零部件，其结构设计对内燃机整体性能起到举足轻重的作用，尤其是对发动机敲击噪声和摩擦磨损性能影响显著。因此，本文以某款三缸汽油机为对象，采用仿真计算结合试验验证的方法，对活塞二阶运动过程进行模拟计算，研究三缸汽油机活塞非对称设计对摩擦磨损及敲击能量的影响并进行参数优化。 首先，建立考虑粗糙度、弹性和热变形等影响的活塞多体动力学模型，并开展硬度塞温度场试验和裙部磨损试验验证了模型的准确性。通过非对称裙部型线设计和活塞二阶运动过程仿真计算，研究了非对称缩减量设计、主推力侧双凸点设计等对活塞敲击能量、裙部摩擦损失和磨损载荷的影响并进行参数优化。结果表明：适当增大活塞主推力侧裙部顶部和底部径向缩减量而次推力侧采用相对较小缩减量的非对称设计，可降低活塞在换向时产生的倾斜并改善活塞裙部摩擦损失。进一步采用主推力侧双凸点设计后，发现随凹腔位置升高，裙部摩擦损失呈现出先减少后增加的趋势，敲击能量峰值则先升高后降低。随凹腔深度增大，裙部摩擦损失先减少后增大，而敲击能量峰值逐渐上升。随凹腔宽度扩大后，裙部摩擦功率上升，敲击能量峰值下降，裙部磨损区域向上下延伸。经参数优化后，裙部摩擦损失下降6.53%，次推力侧磨损量下降36.89%，主推力侧磨损量下降11.63%。 然后，通过活塞组件非对称结构设计，研究了活塞销孔中心、活塞重心以及曲轴中心等位置对活塞敲击能量、裙部摩擦损失和磨损载荷的影响并进行参数优化。结果表明：合适的活塞销负偏设计能降低整体摩擦损失和敲击能量峰值。活塞重心沿销孔轴线方向负向偏移使敲击能量峰值上升，而正向偏移能有效降低上止点附近的敲击能量峰值，裙部摩擦损失则先减小后增大，而沿活塞轴线方向的重心偏移对性能影响较小。曲轴正向偏置会推迟活塞二阶运动速度峰值发生时刻，使敲击能量和摩擦损失下降，而曲轴负向偏置设计会导致峰值时刻提前，加剧敲击和摩擦损失。此外，还通过极差分析进行多目标优化并确定最优水平组合。 |
| 作者： | 祖家骏 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 尹必峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
