第5期（总第226期） 2016年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5 (Serial No 226)
Oct2016
中重型柴油机扩缸前后缸套变形的数值分析
徐卫国，龙旦风，梁福祥
（一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂，江苏无锡214026）
摘要：降低缸套壁厚可以在保持发动机紧漆性的同时提高排量，而缸套变形是限制许用厚度的主要瓶颈，针对
这一问题，选择缸套壁厚和材料作为变量，缸套变形圆柱度和傅里叶展开系数作为评判指标，研究了薄壁湿式气缸套的可行性。道过对某型柴油机进行有限元分析，发现缸套壁厚从825mm降低到625mm后缸套变形明显变大，而改用钢质材科后缸套变形与原机相当，证明了通过降低缸套壁厚同时采用弹性模量更高的材料是一种可行的扩缸方法。
关键词：气缸套；薄壁；变形；圆柱度；仿真 DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2016 05 003
文献标志码：B文章编号：1001-2222（2016)05-0011-06
中图分类号：TK4132
降低湿式缸套壁厚可以提高发动机排量，但同时会引起缸套失圆、变形增大。过大的缸套变形可能引起机油消耗和窜气量增大、排放恶化、摩擦损耗增加、活塞敲缸、缸套穴蚀甚至拉缸等严重后果。影响缸套变形的因素包含缸套材料、结构和尺寸以及缸盖螺栓预紧力、温度分布、燃气压力、水套密封环等，只有理清这些因素的影响规律和程度，才能在降低缸套壁厚的同时通过合理的材料选用及结构设计确保缸套变形不超限值。
近年来，随着CAE技术日益成熟，缸套变形研究进展迅速。马庆镇等通过机体组合件的有限元分析发现盖螺栓沉礼深度对制套变形影响显著。王虎等“通过分析发现不均勾的温度场对缸套变形的影响不容忽略，螺栓预紧力对各缸都有显著影响，而燃气压力和活塞侧推力只对局部区域影响较大。李迎等3]对比了38CrMoA1钢和高硅铝合金缸套，发现材料差异对变形分布规律没有影响，但是变形量明显不同。徐志远等4-5]、向熔等研究表明，缸盖螺栓沉孔越靠近缸套轴局定位凸台则缸套径尚变形越大，缸盖螺栓啮合长度影响很小，增加缸套壁厚可以减小变形以及不均勾性。毕玉华等门研究表明，螺栓预紧力作用下缸套的上部截面变形最大，呈现收缩变形，中下部截面呈扩张变形。昊波等8-9则分析了各种因素对不同阶次变形的影响规律。郑伟
收稿日期：2016-08-16；修回日期：2016-10-13
茂分析表明缸套上部变形对缸套凸肩下锥角的变化敏感，中部变形对壁厚敏感，下部变形对燃气爆发压力及活塞侧推力敏感。李民等""分析发现缸套定位环带与缸体配合公差对缸套变形有显著影响。兰利平等的研究结果证明改变螺栓位置可以改善缸套变形。兰银在等13发现改变缸盖螺栓与气缸中心距离对缸套变形的影响很小。这些研究都为了解缸套变形规律、优化减少缸套变形提供了依据。
在减小缸套壁厚的扩缸设计过程中，为了防止缸套变形增大.改用刚度更高的材质是首选方案，可避免缸体和模具的大范围改动。因此本研究选定缸套壁厚和材料作为考察因素，探讨薄壁湿式气缸套的可行性，为发动机动力性充分挖潜的工程实践提供理论支撑。
1有限元模型
1.1模型构成与材料属性
选取某6缸中重型柴油机作为研究对象，用 Pro-E建立缸体、缸盖、缸套、缸垫、主轴承盖、缸盖螺栓的三维实体模型。其中螺纹模型作简化处理，缸垫模型仅包括压波，其余零件均为真实形状。由于6缸整体计算量太大，切除第2～4缸，保留3缸进行有限元分析。计算选用Abaqus软件，模型网
作者简介：徐卫国（1967一），男，高级工程师，从事柴油机研发工作；xwg@wxdewom，
通讯作者：龙旦风（（1985一），男，工程师，博士，研究方向包括结构强度、振动与噪声longdanfeng@tsinghuaorgen，