【《活塞的受力载荷与磨损综述》2200字】

活塞的受力载荷与磨损综述目录TOC\o"1-3"\h\u14764活塞的受力载荷与磨损综述 1177971.1活塞的热负荷 171311.2活塞的机械负荷 23611.3活塞的摩擦磨损 3216301.4振动与噪声 4随着发动机的压缩比以及升功率升高，活塞热负荷和机械负荷越来越高。根据活塞温度场分布，活塞热负荷主要对活塞头部和环槽影响比较大，机械负荷对销孔和裙部影响比较大。1.1活塞的热负荷活塞直接与燃气接触并且不易冷却，它的温度实际高于发动机缸体温度。发动机实际运转时，最高瞬态温度可达到2000℃，排气温度可以达到900℃，带有涡轮增压的进气温度有可能超过200℃，采用中冷结构，可以降低40-60℃，冷却了组件温度的同时也提高了进气量。活塞的热负荷还受到发动机的速度、平均有效制动压力、点火角度、喷油质量的影响。活塞材料在受热过程中，尤其是铝活塞，当温度达到350℃，性能会急速下降。一环槽由于靠顶部距离近，会发生结焦风险，导致活塞环的卡滞。对于汽油机销座顶部到活塞内腔顶的过渡区域也是关注的重点，活塞每个部位受到热负荷影响是不同的，从顶部向下，变形量减小，如图1.1所示。活塞受到非均匀温度影响产生变形，活塞顶部中央位置向外凸起，活塞环槽部位向外扩展并产生弯曲；活塞销座位置由于与销孔有配合，材料比较多，热负荷比别的区域高，产生向下的弯曲，活塞裙部靠近燃气较远受到热负荷小，变形量较小并呈现中间向内塌陷的变形。活塞各部位温度限值见表1.1。图1.1活塞热负荷变形表1.1活塞各部位温度限值活塞位置许可温度(℃)燃烧室350第一环槽240（矩形）260（梯形）内冷油道320销座250销孔230裙部2001.2活塞的机械负荷活塞在缸体中受到燃气压力、往复惯性力、侧向力、摩擦力以及油膜压力，活塞在这些力的作用下做径向的往复运动。由于存在配缸间隙，活塞会有横向的运动和绕活塞销转动的二阶运动，二阶运动对发动机性能的影响最为显著。图1.2所示为活塞体在气缸中运动时受力情况。气缸轴线方向作为X轴，垂直于气缸轴线方向作Y轴。缸内的气体压力假定为Fgas，由于活塞销孔有偏心设定，活塞会绕活塞销转动，转动产生的力矩用Mgas表示。图1.2活塞体在气缸中受力示意图活塞在气缸中运动的动力学方程如下所示：在X方向：mc在Y方向：mc绕活塞销轴转动：Θc式中：mc—活塞质量；Kc—活塞角加速度；xc—活塞X方向加速度；yc—活塞Y方向加速度；Θc—活塞体绕活塞销轴线的转动惯量；Fgc—活塞重力；Fr—活塞与活塞环接触力；Fci—横截面i上活塞主、次推力侧的接触力；Fpin—活塞销受到的作用力；Flink—连杆小头受到的作用力；汽油机爆发压力可以达13MPa，转速最高达到6000r/min，活塞顶部产生向下的变形如图1.3所示。活塞销孔部位受到拉应力和压应力，产生弯曲变形。机械负荷较高，会使活塞发生断裂。对于汽油机活塞比较典型的是二环岸断裂、活塞顶部开裂，活塞销孔开裂以及活塞支撑筋到裙部的过渡区域出现裂纹。活塞的重量可以影响往复惯性力及侧向力，从而减小机械载荷，减少活塞的开裂。图1.3活塞机械变形1.3活塞的摩擦磨损现在汽车性能中，燃油耗是很重要的指标，如表1.2所示。活塞与活塞环缸套的摩擦损失占到发动机全部摩擦功损失的50%~65%左右，是发动机中最主要的摩擦副。降低活塞摩擦磨损的方法目前常用的有两种方法，一种方式是减少活塞与缸套的接触面积，例如现在的短裙设计、裙部不对称设计；另一个重要方式就是活塞轻量化设计。表1.2各摩擦副机械损失比摩擦副名称机械损失百分比（%）活塞、活塞环与气缸套45~65曲轴连杆系统15~25气门机构2~3泵损失10~20附属机构10~20活塞裙部运动过程中与缸体发生磨损，不同部位的磨损载荷不同，这是衡量磨损程度的重要指标。在发动机运行过程中磨损载荷除了与活塞在缸套中的运行速度有关外，还受接触压力的影响，可用活塞某点的接触压力与该点的移动速度的乘积来表示，即：W=式中：W—为瞬时磨损载荷；PcVpist裙部累积磨损载荷计算公式为：Wi式中：WiPciVpist1.4振动与噪声活塞振动与噪声是息息相关的。噪声太大会妨碍驾驶者的驾驶体验，是不被消费者接受的。噪声在低转速状态时，以燃烧噪声为主；而随着转速越来越高，活塞与气缸壁的机械冲击就成为噪声的主要来源。降低噪音可以采用以下几种方式：合理设计发动机转速；活塞轻量化设计；活塞与气缸之间设置合理的配缸间隙；优化裙部型线；加强活塞的润滑，从而降低冲击强度。活塞敲击气缸壁产生的敲击总能量E是评价发动机振动的重要参数。敲击动能越大，发动