第1期（总第234期） 2018年2月
车用发动机 VEHICLEENGINE
镶圈内冷一体活塞的数值研究
刘瑞”，邓立君”，苏道胜”，林志雷
(1滨州渤海活塞股份有限公司技术中心，山东滨州256600；
No (Serial No 234)
Feb 2018
2滨州学院机电工程学院，山东滨州256600;3滨州市正道机械制造有限公司，山东滨州256600）
析。首先对标定工况下的银图活塞进行硬度塞测温试验，作为温度场模拟计算的约束条件：然后考感温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算,得到活塞关键位置的变形、应力等结果；最后，使用疲劳分析软件计算活塞的高周疫劳。通过对比发现，银图内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶图活塞和镶图内冷活塞低65%， 16%，其热应力分别降低了33%,15%,机械应力分别降低了31%,11%。结果表明，镶图内冷一体结构的应用，有效避免了应力集中现象，既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷，同时也能增强环槽的耐磨性，延长环槽下侧面的寿命。
关键词：镶圈内冷一体活塞：热负荷：温度测量：机负荷：高周疲劳 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 01 012
中图分类号：TK42333文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)01-0067-06
环与环槽的相对运动会引起环槽表面的磨损
殖着柴油机功率的增加，活塞承受的热负荷和机械负荷增加，导致一环槽磨损加重-。活塞第一环槽磨损导致活塞与活塞环间侧隙增大，使活塞环的密封性能下降。当环槽磨损到一定程度，会影响活塞的使用寿命4]。
为减小第一环槽的磨损，防止出现开裂等失效，
常对第一环槽使用环槽镶圈、改变活塞镶圈材料等强化措施[5-7]。但是有研究表明[8-9],单独使用耐磨镶圈会降低活塞燃烧室的可靠性。镶圈活塞头部增加内冷油腔可以有效降低第一环槽的温度[10-14]，但内冷油腔的铸造工艺使得活塞的成本显著提高，而且随着柴油机压缩高度的减小，内冷油腔的位置对活塞燃烧室的可靠性产生很大影响151。因此，内冷油腔的使用对提高环槽的耐磨性有好处，但其效果受到位置限制。
随着柴油机的平均有效压力越来越大，活塞承受的负荷越来越高，耐磨镶圈已成为现代柴油机活塞上不可缺少的部分。为了在提高活塞第一环槽耐磨性的同时提高活塞的使用寿命，近年来，镶圈内冷体活塞成为研究的热点。本研究对仅采用镶圈、
收稿日期：2017-05-02；修回日期：2017-07-24
同时采用镶圈和内冷以及采用镶圈内冷一体结构的活塞组件进行温度场分析、结构分析和疲劳分析。
1试验材料及过程 1.1试验材料
根据测温需求，硬度塞材料要有良好的率透性，率火后的硬度应≥65HRC，材料回火温度和硬度变化之间最好呈线性关系或者近似线性关系，另外材料的金相显微组织和化学成分要均勾。轴承钢及高碳钢基本符合作为硬度塞材料的要求，本试验中使用的硬度塞材料为GCr15，它是一种轴承钢，含碳量 095%～105%，具体成分见表1。
表1硬度塞成分
成分
C
si
Cr
ps
质量分数%0 95~1D50 20~0 40 13~165≤0 D6≤0 D3 12试验过程
选择镶圈活塞作为试验件，测温过程主要包括
曲线标定、布点安装、运行和温度评估。 12.1HV-T曲线标定
将M3螺纹硬度塞进行硬度-温度（HV-T)曲线
基金项目：国家自然科学基金资助项目（面上项目51675483）；山东省自然科学基金资助项目（ZR2016EEB36）作者简介：刘瑞（1981一），男，工程师，硕士，主要研究方向为内燃机工作过程及模拟计算，liuruibh@163eom，通讯作者：邓立君（1986—），女，博士，主要研究方向为内燃机工作过程及模拟计算；denglijun_piston@163com