第32卷(2010)第3期结构与可靠性
柴油机 Diesd Engine
Vol.32(2010)Nox3
重型柴油机气缸套热负荷分析及结构优化
尤国栋，苏铁熊，李坤
（中北大学机电工程学院，山西太原030051）
摘要：以某重型柴油机的钢制薄壁顶置湿式气缸套为研究对象，运用有限元法进行了气缸套三维温度场的计算，结果显示：缸套最高温度为229℃，出现在缸套活塞上止点附近；结合特定热边界条件，对气缸套的稳态温度场进行了计算，通过对比不同气缸套壁厚对热负荷的影响，明确了在气缸套的变形分析中考虑热负荷的必要性；为气缸套结构设计改进提供了理论指导和依据。关键词：重型荣油机；气缸套；温度场；热负荷
中图分类号：TK423.2
文献标识码：A
文章编号：1001-4357(2010)030029-03
ThermalLoadAnalysisandStructuralParameters
Optimization of Cylinder Liner of Heavy-Duty Diesel Engine
You Guodong, Su Tiexiong, Li Kun
(School of Mechatronice Engineering, North University of China, ShanxiTaiyuan030051)
Abstract : Based on the thin wall wet cylinder liner of a heavy-duty diesel engine, cakulations are car ried out on the three-dimensional lemperalure field by finile element method ( FEM). The resulls show that the highest lemperalure of the cylindkr liner is 229°C in the lop dead cenler. Combined with the spe cial themal boundary condition, the sleady-stale temperalure field of the cylinder liner are cakculated and the effect of different cylinder thickness on the themal load are compared. The imporfance of involving the themal load in the analysis cylinler deformation are underlined. All these provids theoretical direc-tions and foundation for cylinder liner design.
Keywords : heavy-duty diesel engine; cylinker liner; lemperature fiekl ; themmal load
1概述
柴油机工作过程中，气缸套除受螺栓预紧力外还承受周期性反复变化的高温高压气体的作用力及活塞的侧压力，在这些力的作用下，气缸套产生径向变形，极大地影响内燃机的工作性能2。随着柴油机向高速、高负荷方向发展，气缸盖螺栓预紧力不断增大，同时为减轻车重、提高吨功率，机体和气缸盖均使用铸铝合金，铝合金机体刚度较差，造成钢制薄壁顶置湿式气缸套在样机的装配与使用过程中常出现变形超差现象，为解决这一问题必须对缸套的变形机理进行研究[3]。目前国内外
已经对缸套在机械负荷下的变形规律做了大量的研究，但对缸套在热负荷及热机耦合条件下的变形规律研究甚少。
本文运用有限元软件I-DEAS，采用特定热边界条件仿真得出缸套温度场的分布情况；在此基础上分析不同壁厚对气缸套热负荷及其变形的影响。
2气缸套有限元模型的建立 2
为使计算结果准确，建立了左侧三缸的有限元模型，如图1，包括气缸盖、气缸套、机体、气缸垫、橡胶密封圈及固定螺栓。为了使分析更接近实际，还改变以往气缸套底部支撑简化为弹性支撑的
收稿日期：2009-06-26;修回日期：2010-02-22；
作者简介：尤国栋(1979-），男，博土研究生，研究方向为发动机设计与制造技术,E-mil：ae@16cm