发动机活塞零件图.doc

2 发动机活塞零件图

活塞是发动机工作条件最严酷的零件，工作时可发生变形、裙部磨损、销座开裂和疲劳热裂等问题。活塞组动力学特性的好坏直接影响活塞组的敲缸能量、机油消耗和发动机的漏气量，进而影响发动机的动力性、经济性和排放性能。本课题拟采用有限元技术对活塞及活塞销进行热力及动力学的耦合分析，研究活塞组件在不同工况下的温度及动力特性的变化规律、热应力应变，分析活塞机械疲劳失效行为，为活塞的优化设计提供精确的理论依据。

设计任务：

1、建立活塞组热力及动力学分析有限元模型；

2、分析活塞组件在不同工况下的温度及动力特性的变化规律、热应力应变；

3、根据有限元的模拟结果，分析活塞的机械疲劳失效行为。

三维图如下：

活塞三维实体模

为了便于分析，在建立上述模型时作了以下简化：

1）忽略了零件中的一些圆角；

2）只考虑了第一道气环；

3）忽略了油孔，因为它们对该分析的影响不大，若考虑将使有限元仿真复杂的多，同时会影响分析的精度；

由于活塞环同环槽间隙很小，对传热影响不大，可以假设活塞环充满整个环槽，并使其外表面直径与活塞的相同。

活塞组各部件的物性参数如下各表。

表3-1 分析涉及部件的物性参数

部件名称材料

名称

密度ρ

（Kg/m3）

比热容c

（J/

（Kg•℃））

弹性模量

E

（MPa）

热膨胀系

数（×10-6）

热传导率λ

（W/(m•℃)）

活塞ZL109 2800 表3-2 75000 20 表3-2

活塞

环

QT70-2 7800 表3-3 140000 10 表3-3

气缸套Cu-Cr-M

o

HT250

7800 表3-4 140000 10 表3-4

活塞20CrMnT7750 0.500 205800 14.5 54

700 930 32.85

800 816 30.82

1000 823 30.98

由于本分析中考虑了活塞组与气缸套之间的耦合作用，需在ANSYS中补画气缸套模型（其内径为120.2mm，比活塞半径多了0.2mm，这样做的目的是为了防止初始渗透）。由前期的试分析知道，因为模型比较复杂，分析时所需的计算机资源和耗费的时间较多。考虑到模型的对称性，这里取其1/4作为研究对象。最后确定的分析模型如下图所示：

图3.8 分析时所用几何模型