压力容器制造常用法规标准目录
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１ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０５００； ２ＹｕｎＮｅｉＰｏｗｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２００
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙｃａｎｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｐｉｓｔｏｎｇｒｅａｔｌｙ，ｂｕｔａｌｓｏａｆｆｅｃｔｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎｈｅａｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅ ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎ，ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｔｙｐｅｏｆｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙａｎｄｉｔｓｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｐｉｓｔｏｎ，ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎｏｆａｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｍｏｎｒａｉｌｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｏｆｓｔｕｄｙ，ａｌｉｑｕｉｄｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｅｄｈｅａｔｔｒａｎｓ ｆｅｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｐｉｓｔｏｎｉｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｉｔｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓ，ｉ．ｅ．ｔｈｅｔｙｐｅ，ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｉｔｓｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｅｎｔｅｒｔｏｔｈｅｔｏｐｐｌａｎｅｏｆｐｉｓｔｏｎａｎｄｔｈｅ ｓｕｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｏｆｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙ，ｏｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｂｕｔｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｓｕｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｈａｓｔｈｅｍｏｓｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅ，ｔｈｅｄｉｓ ｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｉｔｓｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｅｎｔｅｒｔｏｔｈｅｔｏｐｐｌａｎｅｏｆｐｉｓｔｏｎｈａｓｓｌｉｇｈｔｌｙｌｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎｄｉｔｓｔｙｐｅｈａｓｔｈｅｌｅａｓｔｅｆｆｅｃｔ． Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｏｆｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｌｏａｄｏｆｐｉｓｔｏｎｈｅａｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙ，ｏｉｌｒｅｔｕｒｎｈｏｌｅａｎｄｐｉｎｂｏｓｓ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ．
影响内冷油腔的冷却效果的因素很多，供油压 力、供油量、喷油嘴的位置、喷油角度、喷油速度、油 腔充满率、油腔型式、表面积、内冷油腔的高度以及 活塞的尺寸、燃烧室形状和第一环槽的位置等都会 对油腔的冷却能力产生直接或间接的影响 。 ［５－７］ 在 内冷油腔众多因素中，形状和位置是最关键的，它们 的改变往 往 会 引 起 活 塞 传 热 与 结 构 强 度 的 较 大 变 化。胡志等［８］研究了油腔的截面积大小对活塞温度 场分布的影响，选用合适尺寸的油腔截面积会使活 塞最高温度下降 ３４℃，若采用过大的截面积的油腔 反而会降低油腔的冷却能力。原彦鹏等［９］提出内冷 油腔的位置对活塞各个部位的影响规律有很大的差 距，尤其对第一环槽的影响，通过移动内冷油腔的位 置可使第一环槽的温度降低近 ３０℃。吕彩琴等［１０］ 通过将内冷油腔上移 １８ｍｍ的方法改进了活塞的 温度场分布，但其应力分布也有较大的变化。
国家自然科学基金（５１３６６００６和 ５１６６５０２１）资助。 原稿收到日期为 ２０１７年 ６月 ２９日，修改稿收到日期为 ２０１７年 ９月 ２１日。 通信作者：雷基林，教授，博士，Ｅｍａｉｌ：ｌｅｉｊｉｌｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
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汽 车 工 程
２０２０年（第 ４２卷）第 ３期
压燃气压力、惯性力、侧击力和摩擦力等机械负荷的 作用，会使活塞结构强度面临更大的挑战［４］。
（１昆明理工大学，云南省内燃机重点实验室，昆明 ６５０５００； ２昆明云内动力股份有限公司，昆明 ６５０２００）
［摘要］ 采用内冷油腔冷却可显著加强活塞的传热，但也会影响活塞头部的强度。为系统研究活塞结构与位 置参数对活塞传热与结构强度的影响，优化内冷油腔的型式与其在活塞中的位置，以一款高压共轨柴油机活塞为研 究对象，结合活塞的温度场测试，建立了活塞流固耦合传热有限元模型，对活塞的传热与结构强度进行了分析。在 此基础上，采用正交试验设计法，分析内冷油腔的型式、距顶面距离和表面积 ３个因素对活塞传热与强度的影响。 结果表明：３个因素对最高温度的影响基本相当，但其中表面积的影响最大，距顶面距离稍小，型式的影响最小。适 当减小油腔的表面积可改善活塞顶面受热和油腔、回油孔和销座位置的应力集中，并减小变形量。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ；ｐｉｓｔｏｎ；ｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ
前言
随着内燃机强化程度的进一步提高，活塞在气 缸内承受着越来越高的热负荷与机械负荷，在活塞
头部铸出内冷油腔是一种有效解决活塞热负荷的方 式［１－２］。机油通过活塞底部的喷油嘴喷射进入内冷 油腔，跟随活塞一起往复运动产生振荡效应，可极大 地增加活塞头部与机油的换热系数［３］。内冷油腔的 存在必定会削弱活塞的强度，加之缸内周期性的高
关键词：柴油机；活塞；内冷油腔；热传导；强度
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｏｌｉｎｇＧａｌｌｅｒｙＢａｓｅｄｏｎＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒａｎｄＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＰｉｓｔｏｎ
ＬｅｉＪｉｌｉｎ１，ＹａｎｇＹｏｎｇｚｈｏｎｇ１，２，ＤｅｎｇＸｉｗｅｎ１，ＤａｉＧｕｏｘｉｏｎｇ２，ＹａｎｇＺｈｅｎｄｏｎｇ２＆ ＷｕＴａｏ２
２０２０年（第 ４２卷）第 ３期 ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０２０．０３．００７
汽 车 工 程 ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０２０（Ｖｏｌ．４２）Ｎｏ．３
基于活塞传热与强度分析的内冷油腔的优化
雷基林１，杨永忠１，２，邓晰文１，代国雄２，杨振东２，吴 涛２
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙｃａｎｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｐｉｓｔｏｎｇｒｅａｔｌｙ，ｂｕｔａｌｓｏａｆｆｅｃｔｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎｈｅａｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅ ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎ，ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｔｙｐｅｏｆｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙａｎｄｉｔｓｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｐｉｓｔｏｎ，ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎｏｆａｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｍｏｎｒａｉｌｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｏｆｓｔｕｄｙ，ａｌｉｑｕｉｄｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｅｄｈｅａｔｔｒａｎｓ ｆｅｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｐｉｓｔｏｎｉｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｉｔｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓ，ｉ．ｅ．ｔｈｅｔｙｐｅ，ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｉｔｓｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｅｎｔｅｒｔｏｔｈｅｔｏｐｐｌａｎｅｏｆｐｉｓｔｏｎａｎｄｔｈｅ ｓｕｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｏｆｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙ，ｏｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｓｔｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｂｕｔｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｓｕｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｈａｓｔｈｅｍｏｓｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅ，ｔｈｅｄｉｓ ｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｉｔｓｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｅｎｔｅｒｔｏｔｈｅｔｏｐｐｌａｎｅｏｆｐｉｓｔｏｎｈａｓｓｌｉｇｈｔｌｙｌｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎｄｉｔｓｔｙｐｅｈａｓｔｈｅｌｅａｓｔｅｆｆｅｃｔ． Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｏｆｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｌｏａｄｏｆｐｉｓｔｏｎｈｅａｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙ，ｏｉｌｒｅｔｕｒｎｈｏｌｅａｎｄｐｉｎｂｏｓｓ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ．
影响内冷油腔的冷却效果的因素很多，供油压 力、供油量、喷油嘴的位置、喷油角度、喷油速度、油 腔充满率、油腔型式、表面积、内冷油腔的高度以及 活塞的尺寸、燃烧室形状和第一环槽的位置等都会 对油腔的冷却能力产生直接或间接的影响 。 ［５－７］ 在 内冷油腔众多因素中，形状和位置是最关键的，它们 的改变往 往 会 引 起 活 塞 传 热 与 结 构 强 度 的 较 大 变 化。胡志等［８］研究了油腔的截面积大小对活塞温度 场分布的影响，选用合适尺寸的油腔截面积会使活 塞最高温度下降 ３４℃，若采用过大的截面积的油腔 反而会降低油腔的冷却能力。原彦鹏等［９］提出内冷 油腔的位置对活塞各个部位的影响规律有很大的差 距，尤其对第一环槽的影响，通过移动内冷油腔的位 置可使第一环槽的温度降低近 ３０℃。吕彩琴等［１０］ 通过将内冷油腔上移 １８ｍｍ的方法改进了活塞的 温度场分布，但其应力分布也有较大的变化。
国家自然科学基金（５１３６６００６和 ５１６６５０２１）资助。 原稿收到日期为 ２０１７年 ６月 ２９日，修改稿收到日期为 ２０１７年 ９月 ２１日。 通信作者：雷基林，教授，博士，Ｅｍａｉｌ：ｌｅｉｊｉｌｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
· ３２４·
汽 车 工 程
２０２０年（第 ４２卷）第 ３期
压燃气压力、惯性力、侧击力和摩擦力等机械负荷的 作用，会使活塞结构强度面临更大的挑战［４］。
（１昆明理工大学，云南省内燃机重点实验室，昆明 ６５０５００； ２昆明云内动力股份有限公司，昆明 ６５０２００）
［摘要］ 采用内冷油腔冷却可显著加强活塞的传热，但也会影响活塞头部的强度。为系统研究活塞结构与位 置参数对活塞传热与结构强度的影响，优化内冷油腔的型式与其在活塞中的位置，以一款高压共轨柴油机活塞为研 究对象，结合活塞的温度场测试，建立了活塞流固耦合传热有限元模型，对活塞的传热与结构强度进行了分析。在 此基础上，采用正交试验设计法，分析内冷油腔的型式、距顶面距离和表面积 ３个因素对活塞传热与强度的影响。 结果表明：３个因素对最高温度的影响基本相当，但其中表面积的影响最大，距顶面距离稍小，型式的影响最小。适 当减小油腔的表面积可改善活塞顶面受热和油腔、回油孔和销座位置的应力集中，并减小变形量。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ；ｐｉｓｔｏｎ；ｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｏｌｉｎｇｇａｌｌｅｒｙ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ
前言
随着内燃机强化程度的进一步提高，活塞在气 缸内承受着越来越高的热负荷与机械负荷，在活塞
头部铸出内冷油腔是一种有效解决活塞热负荷的方 式［１－２］。机油通过活塞底部的喷油嘴喷射进入内冷 油腔，跟随活塞一起往复运动产生振荡效应，可极大 地增加活塞头部与机油的换热系数［３］。内冷油腔的 存在必定会削弱活塞的强度，加之缸内周期性的高
关键词：柴油机；活塞；内冷油腔；热传导；强度
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｏｌｉｎｇＧａｌｌｅｒｙＢａｓｅｄｏｎＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒａｎｄＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＰｉｓｔｏｎ
ＬｅｉＪｉｌｉｎ１，ＹａｎｇＹｏｎｇｚｈｏｎｇ１，２，ＤｅｎｇＸｉｗｅｎ１，ＤａｉＧｕｏｘｉｏｎｇ２，ＹａｎｇＺｈｅｎｄｏｎｇ２＆ ＷｕＴａｏ２
２０２０年（第 ４２卷）第 ３期 ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０２０．０３．００７
汽 车 工 程 ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０２０（Ｖｏｌ．４２）Ｎｏ．３
基于活塞传热与强度分析的内冷油腔的优化
雷基林１，杨永忠１，２，邓晰文１，代国雄２，杨振东２，吴 涛２