高功率柴油機活塞可靠性分析及試驗研究.pdf

1、現(xiàn)代新型柴油機廣泛地應用于運輸、載重卡車、工程機械等領域，其關鍵零部件之一一活塞面臨著日益提高的熱負荷與機械負荷的共同作用。目前，國外柴油機的最大爆發(fā)壓力已達到22MPa以上，國內(nèi)柴油機也已達到17MPa左右。同時，熱負荷也在不斷提升，鋁合金活塞的承載能力幾乎達到了極限狀態(tài)，如此惡劣的工作條件容易引起活塞的疲勞失效破壞。因此，針對活塞的疲勞破壞開展課題研究，在設計開發(fā)階段采取適當?shù)念A防措施，是非常必要的。 本文針對活塞的疲勞破壞

2、，主要對活塞頭部熱疲勞破壞、活塞銷座和裙部疲勞破壞進行研究。主要研究內(nèi)容如下： 首先對活塞進行溫度場試驗，了解活塞的溫度分布情況；對“活塞熱疲勞試驗臺”進行了結構改進，更準確的模擬活塞熱疲勞失效方式；通過對比性試驗改進活塞的結構，提高活塞使用壽命；結合進行的其它活塞熱疲勞試驗及活塞設計經(jīng)驗，提出了降低活塞熱疲勞問題的措施，減少活塞熱疲勞失效。 然后利用燃燒分析儀，測出發(fā)動機的爆發(fā)壓力；利用“活塞液壓脈沖機械疲勞試驗臺”對

3、活塞進行銷座液壓脈沖機械疲勞試驗，通過對幾種不同方案的試驗對比，對幾種設計方案選優(yōu)；通過glide模擬軟件得出活塞產(chǎn)生最大側向力時發(fā)動機的曲軸轉角，計算出此時連桿與活塞中心線的夾角，利用“活塞液壓脈沖機械疲勞試驗臺”對改進后的活塞進行了裙部液壓脈沖機械疲勞試驗；結合進行的其它活塞機械疲勞試驗及設計經(jīng)驗，提出了降低活塞機械疲勞問題的措施，減少活塞機械疲勞失效。 此外還利用有限元分析軟件，建立活塞三維模型，考慮活塞邊界條件，結合活塞

4、溫度場試驗，計算出活塞的溫度梯度為活塞熱疲勞試驗測點的選取和加熱提供依據(jù)；在對活塞銷孔進行改進設計時，利用有限元分析軟件，對不同方案的活塞銷孔應力分布進行分析，結合活塞銷座液壓脈沖機械疲勞試驗，對幾種設計方案選優(yōu)；在對活塞裙部進行考核時，對活塞進行有限元分析，通過對活塞疲勞壽命的分析，結合活塞出現(xiàn)的問題，提出新的設計方案，提高活塞裙部的疲勞壽命。 本文以Y活塞為例，研究燃燒室邊緣裂紋、活塞銷座裂紋及裙部裂紋現(xiàn)象。課題注重了計算機