第4期（总第237期） 2018年8月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 4(Serial No 237)
Aug2018
基于摩擦磨损的柴油机活塞裙部型面设计
陈丽"2，李剑光，赵文斌”，熊培友”，辛峻峰
（1青岛科技大学机电工程学院，山东青岛2660612滨州渤海活塞有限公司，山东滨州256600）
摘要；通过对国纠柴油机活塞裙部型面进行设计研究，并结合有限元和活塞动力学仿具计算，得出不同型面设计对活塞裙部侧向力、接触压力、鼓击动能和磨损载荷等的影响。结果表明：采用叠加暴函数纵向型线结合修正变橘圆的活塞裙部外圆型面使活塞裙部磨损载荷降低了约473%，对优化裙部磨损效果十分明显。通过1000h耐久试验，验证了仿真分析的精度和型面设计的先进性。
关键词：柴油机：活塞；型线：仿真磨损载荷：耐久试验 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 04 006
中图分类号：
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)04-0027-06
活塞在工作状态下受热负荷和机械负荷作用发生变形时，活塞裙部不但控制着活塞的稳定性、噪声及机油耗，而且对活塞的疲劳寿命、摩擦磨损也有重要的影响，这就要求活塞裙部型面必须适应活塞工作状态下的形状变化-。理想状态是活塞在各种温度情况下都能保持尽可能小的运转间隙，以使活基与气缸壁保持良好贴合，同时保证接触表面有理想的润滑条件，保证流体动力润滑时的最小油膜厚度，起稳定导向作用，改善活塞的工作条件。但如果裙部外圆型面设计不合理，就会造成活塞与气缸之间润滑状态恶化，出现拉缸、敲缸、磨损等现象，严重时则会影响发动机工作性能。因此研究裙部型面设计十分有意义7-15]。
本研究对某国V柴油机活塞裙部型面的设计方法进行了研究，并通过有限元分析和动力学仿真计算，获得最佳设计方案。在发动机1000h耐久试验后拆机检测，验证了型面设计的先进性，
裙部外圆型面设计理论 1
外圆型面设计包括纵向型线、横向截面以及纵
可变员的设计。据超越函数理论，活塞在热膨胀后纵向型线为中凸的桶形曲线，并在裙部表面与缸套之间形成楔形油隙，活塞高速运动产生流体动力效应，使壁面间油压升高，并使两壁面被油膜分开，
收稿日期：2018-04-04；修回日期：2018-07-18
实现流体动力润滑效果，从而降低摩擦损失。由流体动力润滑理论可知，内燃机活塞裙部与气缸壁之间的润滑可用方程(1)的流体动力润滑雷诺方程来
表示。
a)
ahap)-
)+R
2h+2wucos0)。
6R（-waz
1.1纵向型线设计
(1)
工作状态下，裙部直径最大点的位置接近于活塞销孔中心，有利于润滑油膜的压力分布。活塞纵向型线依据超越函数理论可设计为中凸型线，如图1所示，可用两种形式表示。
R R
图1超越函数曲线
1）活塞在工作温度下成正圆柱，中凸型线呈现超越函数：
R.= Ro+A(1—eMz)。
基金项目：国家自然科学基金青年基金（51609120）；山东省高等学校科技计划项目（J16LB72）
作者简介：陈丽（1983一），女，工程师，硕士，主要研究方向为内燃机活塞设计;li cher@bhpiston en，
通讯作者：李剑光（1980一），男，副教授，博士，主要研究方向为机械设计及理论:qingdaokeda@126eom
(2)