第3期（总第236期） 2018年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 3(Serial No 236)
Jun2018
基于有限元的活塞组摩擦产热计算分析
王普凯，康琦，韩立军，何盼攀，董意（陆军装甲兵学院车辆工程系，北京100072）
摘要：基于有限元方法建立了活塞组摩擦产热计算模型，道过发动机工作过程的计算得到了活塞组摩擦产热计算所需的运动学和动力学边界。以某12缸增压柴油机为研究对象，计算得到了标定工况下其活塞组瞬时摩擦以及活塞组摩擦产热所导致的活塞组、气缸套温升情况，计算分析了转速和负荷对活塞组摩擦产热的影响。
关键词：活塞组；摩擦产热；有限元法
DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 03 009
中图分类号：TK42333
3文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)03-0053-06
内燃机工作时伴有许多摩擦面的相对运动，这
此摩操不仅会带来摩擦损失，并且会产生大量的摩擦热，不但会消耗内燃机自身动力，而且会导致内燃机部件温度升高，在热量不能及时散去的情况下，还会造成部件的机械性能下降，从而降低部件的使用寿命，甚至造成部件的直接损坏。
活塞组与气缸套摩擦面之间不但接触力大、相对运动速度高，而且受供油条件的限制，不能采用润滑效果较好的压力润滑，因此摩擦损失大，摩擦产热量多。由此可见，计算分析活塞组的摩擦产热，不仅为研究提高柴油机的动力性、燃油经济性和使用可靠性提供了理论依据，而且具有一定的工程意义。
1基干有限元的活寒组摩擦产热模型
活塞组包括活塞、活塞环、活塞销及其轴向定位装置2。发动机工作时，活塞在气缸套内作往复直线运动，活塞运动的导向部分是活塞裙部。活塞环分为气环和油环：气环靠近燃烧室，其作用是密封气体，防止燃烧室内高温、高压的燃气漏人曲轴箱；油环远离燃烧室，其作用是刮油和布油，使飞溅在气缸壁上的润滑油在活塞上行时分布均勾、在活塞下行时回落到下曲轴箱；内燃机工作时，活塞环随活塞运动，并在燃气压力和自身弹力的共同作用下紧压在活塞环槽和气缸套内壁面上。
所建立的活塞组-气缸套摩擦产热计算模型包
收稿日期：2018-01-13；修回日期：2018-04-21 基金项目：军内科研项目（2016ZB07）
括活塞环.气缸套、活塞裙部气缸套两部分。 1.1活塞组摩擦产热模型
1）活塞环与气缸套的摩擦
活塞环与气缸套的摩擦采用库仑摩擦定律进行计算：
Q.=元Dbpfc。
(1)
式中：Q.为活塞环与气缸套摩擦产热量；D为气缸直径；6为活塞环轴向厚度；f为活塞环与气缸套壁面间的摩擦因数；c为活塞速度P为活塞环与气缸壁间的压力，由活塞环槽内燃气压力和活塞环弹力共同决定：
p=p十pe。
(2）
式中：P：为活塞环槽内气体压力；P：为活塞环弹力。
活塞环装入活塞环槽时的自身弹力由气环的材料、结构决定"：
_4ES。/D p.=9元（D/t-1)3。
(3）
式中：E为活塞环材料弹性模量；S。为活塞环自由状态下切口处的间隙；t为活塞环径向厚度；D为气缸直径，
第一道活塞环槽内气体压力取值等于缸内燃气压力，通过建立发动机工作过程计算模型计算得到：取下一道气环环槽压力为上一道环槽压力的 20%［4]；不考虑油环压力。
作者简介：王普凯（1976一），男，讲师，博士，主要研究方向为装甲车辆动力装置性能研究jxxdlswz@163eom，