高強(qiáng)化柴油機(jī)鍛鋼活塞設(shè)計(jì).pdf

1、隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的日益嚴(yán)峻，作為石油消耗最大的內(nèi)燃機(jī)，必須在提高其機(jī)械效率和熱效率的同時(shí)提高其排放水平。要達(dá)到上述目的，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率和爆發(fā)壓力成為關(guān)注的焦點(diǎn)?；钊前l(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，承受著發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒帶來的巨大熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。傳統(tǒng)的鋁活塞在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料性能優(yōu)化后，最多也只能承受20MPa的發(fā)動(dòng)機(jī)最高爆發(fā)壓力。而隨著現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)水平的日益提高，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大爆發(fā)壓力可以達(dá)到25MPa，將來甚至能達(dá)到30MPa。因此，現(xiàn)有

2、的鋁活塞受到鋁硅合金材料強(qiáng)度本身的限制已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高強(qiáng)化指標(biāo)的性能要求，亟需開發(fā)一種各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足高強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的新活塞來與之匹配。為滿足上述要求，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)對(duì)鋼活塞展開研究。鋼活塞具有以下優(yōu)勢(shì):較低的熱膨脹系數(shù)、較低的熱傳導(dǎo)率、較低的熱損失、強(qiáng)度更高、能承受更高的爆發(fā)壓力和溫度、排放更低。
　　結(jié)合國(guó)內(nèi)外鍛鋼活塞發(fā)展現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種高強(qiáng)化柴油機(jī)鍛鋼活塞，該活塞通過頭部的一道焊縫和環(huán)岸部位的階梯結(jié)構(gòu)將

3、活塞的頭部和裙部連接成為一個(gè)整體。該活塞具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、重量輕、低摩擦磨損及可靠性高的特點(diǎn)，可以滿足爆發(fā)壓力超過20MPa的發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求;經(jīng)過臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試，新開發(fā)的裝配了鋼活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能穩(wěn)定、效率高、經(jīng)濟(jì)性好。相比較同平臺(tái)裝有鋁活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)試得到的發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)如機(jī)油耗、漏氣量等均得到不同程度地改善。
　　本文主要從活塞的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析、成型技術(shù)和表面處理以及高強(qiáng)化柴油機(jī)鍛鋼活塞的試驗(yàn)驗(yàn)證這幾個(gè)方面進(jìn)行介紹

4、。
　　首先采用輕量化設(shè)計(jì)理念對(duì)高強(qiáng)化柴油機(jī)鍛鋼活塞進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過采用低壓縮高設(shè)計(jì)、等強(qiáng)度薄壁、熱流型內(nèi)腔結(jié)構(gòu)、大容積內(nèi)冷油腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及活塞組件的輕量化設(shè)計(jì)，較好地控制了活塞的總體重量。通過設(shè)計(jì)較小的配缸間隙、優(yōu)化活塞銷孔型線和裙部型線以及活塞整體磷化和裙部噴涂二硫化鉬，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，尤其是冷啟動(dòng)時(shí)的噪聲，減小了活塞組件的摩擦磨損，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率。發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有一定的提升。
　　根據(jù)設(shè)

5、計(jì)方案繪制活塞三維模型，然后對(duì)活塞進(jìn)行有限元分析，評(píng)估其各部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。重點(diǎn)對(duì)活塞的溫度分布以及活塞在最大爆壓工況、最大側(cè)向力工況和最大慣性力工況下活塞的受力和變形情況進(jìn)行了分析，然后通過疲勞分析軟件分析了上述工況下活塞的疲勞安全系數(shù)。
　　采用雙定位止口設(shè)計(jì)和環(huán)槽外圓一體化加工技術(shù)進(jìn)行高強(qiáng)化柴油機(jī)鍛鋼活塞的加工制造，保證了活塞的加工精度，減小了定位誤差和二次裝夾帶來的誤差;活塞整體磷化和裙部噴涂二硫化鉬，提高了