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BH135柴油机活塞的设计与分析技术论文
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  • BH135柴油机活塞的设计与分析技术论文
    中文摘要

    科技进步推动了内燃机行业的持续发展,发动机的强化指标逐渐提高,活塞及其组件所受的机械负荷与热符合也越来越高,它们的设计是否合理,将直接关系到内燃机的可靠性、寿命、排放、经济性等。因此在已有条件下,通过真实有效地计算分析,得出有益的解决方案成为目前内燃机行业的首选课题。
    内燃机严酷的内部温度环境和负荷条件使得传统的设计实验很难取得令人满意的效果,为确保设计目标的实现、为了适应不断增长的高压环境和提高产品的强度和耐久性要求以及设计中的寿命要求,需要采用先进的设计和分析手段,科学的分析活塞的结构对活塞寿命以及工作的可靠性的影响,设计品质优良的活塞,从而使内燃机更好地工作。
    本文把计算机辅助工程建模仿真技术应用到活塞结构设计及校核的实例领域,通过三维建模和有限元分析方法,为活塞建立了合适的数字模型,从而预估产品的强度负荷及寿命水平等,提高其设计效率和科学性。本文还描述了柴油机活塞的设计方法和过程,并通过对BH135柴油机活塞的三维建模和有限元分析的实例应用体现出计算机辅助工程技术在产品设计初期的优越性:即一方面建立一种基本的计算机分析模型,对其进行仿真模拟,从而指导产品设计;另一方面以此为虚拟分析平台并提供一些规范化或经验性的建模参考,同时也为提高企业在技术上的自主开发及创新能力而奠定基础。

    关键词:内燃机;活塞设计;有限元分析;

    Abstract
    The development of science technology forced the industry of internal-combustion engine to develop, the strength target of engine was gradually heightened, the mechanical and thermal load of piston and subassembly of piston was higher and higher. Whether their design were in reason, related to the reliability、natural life、let 、economy and so on. Therefore, with own conditions, through true and effective calculation and analysis, getting useful project becomes the most important task of the industry of internal-combustion engine.
    In severe environment of the internal thermal and mechanical load, the experiment is difficult to get approving effect. For the sake of realization of design target, adapting increasing high pressure, improving strength、wear and natural life of product, needing to adopt advanced design and analysis measure, analyzing construct of piston is good for piston reliability and natural life. Designing piston with excellent quality improves engine to work better. The simulation method of CAE will be applied to the design and check field of piston structures in this article. Through the numeric analysis and FEM, the strength and fatigue life level etc, are estimated for the subassembly. The article describes the design method and process of diesel engine piston. The theory research and engineering application, show the superiority of CAE to product design: one is instructing the design through the computer analysis model; the other is to provide a modeling reference to virtual platform, and to promote the self-exploitation ability for the enterprise.

    Key words: Internal-combustion engine; Piston design; Finite element analysis;
    目录
    中文摘要
    英文摘要
    1.绪论
    2.设计要求
    3. 活塞的基本设计
    3 .1 活塞的选型
    3. 2 活塞的主要尺寸
    3.21 活塞的高度H
    3.22 压缩高度H1
    3.23 顶岸高度h
    3.24 活塞环的数目及排列
    3.25 环槽尺寸
    3.26 环岸高度
    3.27 活塞顶厚度
    3.28 裙部长度H2
    3.29 裙部厚度
    3.10 活塞销直径d和销座间隔B
    3.3 活塞头部设计
    3.4 活塞的裙部设计
    3.5 活塞销座的设计
    3.6 活塞与缸套的配合间隙
    3.7 活塞大体尺寸
    设计要求

    本次的发动机主要设计参数如下表:

    List of requirements for truck piston
    NO. Name 名称 Data 数据
    1 Cyl diameter 缸径 [mm] 90
    2 Stroke 冲程 [mm] 115
    3 Number of cylinder 汽缸数 4
    4 Rated power 额定功率 [kW] 12300
    5 Max. torque 最大转矩 [Nm] 910
    6 Speed at max. torque
    最大转矩时的转速[1/min] ≤1500
    7 Design speed 设计转速 [1/min]
    8 Rated speed 额定转速 [1/min]
    9 Design peak pressure
    最大爆发压力 [Mpa] 15.8
    10 Compression ratio 压缩比 17.5
    11 Number of valves/Cyl.
    每缸气阀数
    12 Conrod length 连杆长度 [mm] 210
    13 Conrod width 连杆宽度 [mm]
    14 Keyst. Angle of conrod 连杆锥度
    15 Conrod guidance 连杆导向
    16 Cyl. Block material 缸体材料
    17 Cyl. Bushing 缸套类型
    18 Cyl. Surf 缸壁涂层
    19 Cyl.-distance 汽缸孔距 [mm]
    20 Cyl. Block height 汽缸高度 [mm]
    21 Honing structure 珩磨方式
    22 Piston cooling 活塞冷却 内冷
    23 Piston cooling oil flow活塞冷却油流量[1/min]
    24 Top land height 火力岸高度 [mm]
    25 Compression height 压缩高度 [mm]
    26 Boss spacing 销孔间距 [mm]
    27 Groove cover 环槽表面处理
    28 Shape of groove 1st 第一环槽形状
    29 1st groove height 第一环槽高度 [mm] 2.68
    30 2nd groove height第二环槽高度 [mm] 2
    31 3rd groove height 第三环槽高度 [mm] 3
    32 Bowlcover 燃烧室表面处理
    33 Piston surface 活塞表面处理
    34 Consur. of engine 发动机结构
    35 1st applic. 应用范围一
    36 2nd applic. 应用范围二
    37 Combustion 燃料 柴油
    38 Air charge 进气方式 TCI
    39 Engine cooling 发动机冷却方式 水冷
    40 Intercooler 增压气体冷却器 空~空
    41 Injection 燃油喷射方式 直喷
    42 Injection pressure 喷射压力 [Mpa] 100~110
    43 Injection angle 喷射角度 [degree] 142°
    44 Number of spray holes 喷孔数 5
    45 Total displacement总排量 [dm3] 7.26
    46 Displacement/Cyl. 每缸排量 [dm3] 1.209
    47 Spec.power output升功率 [kW] 31.833
    48 Stroke/conrod radio 冲程/连杆比
    49 Mean piston speed 活塞平均速度[m/s]
    50 Mean eff.press at max. torq
    最大转矩时的平均压力 [Mpa]
    51 Charge air pressure 进气增压
    52 Charge air temp.before CAC
    增压气体冷却前温度 [℃]
    53 In-/outlet oil temp.进/出油温 [℃] 95/105
    54 In-/outlet water temp.进/出水温 [℃] 80/90
    55 Support 销座
    56 Pin outer diameter 活塞销外径 [mm]
    57 Pin inner diameter 活塞销内径 [mm]
    58 Pin length活塞销长度 [mm]
    59 Pin support 活塞销轴向定位方式
    60 Pin boss 活塞销孔形状 ...
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