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BH135柴油機活塞的設計與分析技術論文

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更新時間：2014-09-14
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BH135柴油機活塞的設計與分析技術論文
中文摘要

科技進步推動了內燃機行業的持續發展，發動機的強化指標逐漸提高，活塞及其組件所受的機械負荷與熱符合也越來越高，它們的設計是否合理，將直接關系到內燃機的可靠性、壽命、排放、經濟性等。因此在已有條件下，通過真實有效地計算分析，得出有益的解決方案成為目前內燃機行業的首選課題。
內燃機嚴酷的內部溫度環境和負荷條件使得傳統的設計實驗很難取得令人滿意的效果，為確保設計目標的實現、為了適應不斷增長的高壓環境和提高產品的強度和耐久性要求以及設計中的壽命要求，需要采用先進的設計和分析手段，科學的分析活塞的結構對活塞壽命以及工作的可靠性的影響，設計品質優良的活塞，從而使內燃機更好地工作。
本文把計算機輔助工程建模仿真技術應用到活塞結構設計及校核的實例領域，通過三維建模和有限元分析方法，為活塞建立了合適的數字模型，從而預估產品的強度負荷及壽命水平等，提高其設計效率和科學性。本文還描述了柴油機活塞的設計方法和過程，并通過對BH135柴油機活塞的三維建模和有限元分析的實例應用體現出計算機輔助工程技術在產品設計初期的優越性：即一方面建立一種基本的計算機分析模型，對其進行仿真模擬，從而指導產品設計；另一方面以此為虛擬分析平臺并提供一些規范化或經驗性的建模參考，同時也為提高企業在技術上的自主開發及創新能力而奠定基礎。

關鍵詞：內燃機；活塞設計；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;
目錄
中文摘要
英文摘要
1．緒論
2．設計要求
3. 活塞的基本設計
3 .1 活塞的選型
3. 2 活塞的主要尺寸
3.21 活塞的高度H
3.22 壓縮高度H1
3.23 頂岸高度h
3.24 活塞環的數目及排列
3.25 環槽尺寸
3.26 環岸高度
3.27 活塞頂厚度
3.28 裙部長度H2
3.29 裙部厚度
3.10 活塞銷直徑d和銷座間隔B
3.3 活塞頭部設計
3.4 活塞的裙部設計
3.5 活塞銷座的設計
3.6 活塞與缸套的配合間隙
3.7 活塞大體尺寸
設計要求

本次的發動機主要設計參數如下表：

List of requirements for truck piston
NO. Name 名稱 Data 數據
1 Cyl diameter 缸徑 [mm] 90
2 Stroke 沖程 [mm] 115
3 Number of cylinder 汽缸數 4
4 Rated power 額定功率 [kW] 12300
5 Max. torque 最大轉矩 [Nm] 910
6 Speed at max. torque
最大轉矩時的轉速[1/min] ≤1500
7 Design speed 設計轉速 [1/min]
8 Rated speed 額定轉速 [1/min]
9 Design peak pressure
最大爆發壓力 [Mpa] 15.8
10 Compression ratio 壓縮比 17.5
11 Number of valves/Cyl.
每缸氣閥數
12 Conrod length 連桿長度 [mm] 210
13 Conrod width 連桿寬度 [mm]
14 Keyst. Angle of conrod 連桿錐度
15 Conrod guidance 連桿導向
16 Cyl. Block material 缸體材料
17 Cyl. Bushing 缸套類型
18 Cyl. Surf 缸壁涂層
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 活塞冷卻內冷
23 Piston cooling oil flow活塞冷卻油流量[1/min]
24 Top land height 火力岸高度 [mm]
25 Compression height 壓縮高度 [mm]
26 Boss spacing 銷孔間距 [mm]
27 Groove cover 環槽表面處理
28 Shape of groove 1st 第一環槽形狀
29 1st groove height 第一環槽高度 [mm] 2.68
30 2nd groove height第二環槽高度 [mm] 2
31 3rd groove height 第三環槽高度 [mm] 3
32 Bowlcover 燃燒室表面處理
33 Piston surface 活塞表面處理
34 Consur. of engine 發動機結構
35 1st applic. 應用范圍一
36 2nd applic. 應用范圍二
37 Combustion 燃料柴油
38 Air charge 進氣方式 TCI
39 Engine cooling 發動機冷卻方式水冷
40 Intercooler 增壓氣體冷卻器空~空
41 Injection 燃油噴射方式直噴
42 Injection pressure 噴射壓力 [Mpa] 100~110
43 Injection angle 噴射角度 [degree] 142°
44 Number of spray holes 噴孔數 5
45 Total displacement總排量 [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 沖程/連桿比
49 Mean piston speed 活塞平均速度[m/s]
50 Mean eff.press at max. torq
最大轉矩時的平均壓力 [Mpa]
51 Charge air pressure 進氣增壓
52 Charge air temp.before CAC
增壓氣體冷卻前溫度 [℃]
53 In-/outlet oil temp.進/出油溫 [℃] 95/105
54 In-/outlet water temp.進/出水溫 [℃] 80/90
55 Support 銷座
56 Pin outer diameter 活塞銷外徑 [mm]
57 Pin inner diameter 活塞銷內徑 [mm]
58 Pin length活塞銷長度 [mm]
59 Pin support 活塞銷軸向定位方式
60 Pin boss 活塞銷孔形狀 ...

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