机车内燃机活塞销润滑系统防漏检测及防漏检测装置的设计.docx

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机车内燃机活塞销润滑系统防漏检测及防漏检测装置的设计

摘要

本文主要提供了一个国内液压行业的发展状况，内燃机活塞销孔的结构的现状，活塞销孔的破坏形式，机车内燃机活塞销润滑系统防漏检测及防漏检测装置的设计，销孔结构设计的有关知识等，在此基础上，提出了销孔表面应力分布的新理论和曲面销孔结构设计的相关内容，对验证销孔结构设计，防漏检测合理性、可行性的试验方法进行了描述。

本论文的主要内容如下：

1、分析机车内燃机活塞销润滑系统的工作情况，结构特点，润滑回路系统的工作原理，分析说明了销孔配合间隙的确定方法。

2、探讨机车内燃机活塞销润滑回路的密封原理，并对检测装置拟定总体布置方案，并对方案进行可行性分析和论证和方案进行总体设计和零部件设计。

3、分析总结活塞销孔的失效形式，并对不同失效形式分析了原因。

4、收集整理有关液压元件的样本和资料，了解国内液压行业的发展状况，根据活塞销润滑原理拟定检测装置液压系统原理图

关键字：

活塞、活塞销、活塞销孔、密封、润滑，液压系统

Abstract

Thethesisstatescurrentstatusofpinbornconstructdesignofinternalcombustionenginepiston,breakageformofpistonpinbore,andtheconcernedknowledgeofconstructdesignofpinbore,etc.Itisbasedontheaboveknowledge,bringforwardanewtheorythatisstressdistributiononpinboresurfaceandcalculationmethodofcurvedfaceofpinboreconfiguration,usingfiniteelementanalysismethodtocalculatemechanicaldeformationofpinbore,pistontemperaturefieldandthermaldeformationofpinbore,anditalsodepictstheverificationmethodofrationalityofpinboreconstruct.Takingdesignofpistonconfigurationforexample,itanalyzesandcalculatestheconstructvalueofeachpartoncurvedfaceunderdifferentpinboreconfigurationdesigns:

（1）Pinboretheoreticdiameter,

（2）Equationofoutercurvedfaceofpinbore,（3）Equationofinnercurvedfaceofpinbore,（4）Stressdistributiononpinboresurface,（5）fatiguesafetyfactorofeachpartofpiston,etc.Accordingtotheanalysisresults,defineaoptimizedpinboresurfacedesign,whichwillguidepistonpinboredesigninfuture.

Themaincontentofthethesisisasfollows:

1.Summarizeessencerulesofpistonpinbossconfigurationandpinboresurfacedesign,includinghorizontalandverticalprofilerulesofpinbore,analyzeandspecifythedefinitionmethodofpinborefittingclearance.

2.Analyzepistonforcereceiptedandmechanical&thermaldeformationofpinbore,ascertaincalculationmethodofmechanicalformation,thermaldeformationandintegrateddeformationofpinbore.

3.Analyzeandsummarizedifferentdesignsofpinbore,andmakecomparisonsofdifferentdesignondecreasingmaximumvalueeffectofpinboresurfacestress.

4.Bringforwardnewtheoryofstressdistributiononpinboresurface,presentacalculationmethodofpinborecurvedfaceconfiguration,usingthetheorytodesignpistonhavepassedstabilitytestinenginetest,andithasbeeninthestageofmassproductionnow,thetheorycausedfurthereffectiveguideonpistonpinboredesigninfuture.Simulationanalysiscalculationandenginetesthaveverifiedreasonablepinboresurfacedesignthatcanassuretheexcellentfittingconditionbetweenpistonpinboreandpininworkingprocess,thesetwodeformationareconsistent.

KeyWord:

Piston;PistonPinBore;DesignforCurve-ShapedPinBore;Pistonskirt;Pistonpin

第1章绪论

1.1内燃机活塞销孔结构可靠性研究背景

对制作企业而言，机电产品具有足够的工作可靠性意味着客观的经济效益和竞争力方面的优势及企业能够长期顺利发展的坚强后盾。

国际上，每年因产品结构设计不合理的原因而造成大量电机产品在有效寿命期内报废，甚至造成严重恶性事故；在中国，由于综合经济能力的原因，疲劳耐久性和可靠性不过关造成的产品问题更是普遍存在，严重影响了国内制造产品的国际竞争力。

内燃机作为一种热能道理机械，它通过曲柄连杆机构的旋转运动，讲化学能转化为机械能，在这个运动副当中，活塞的可靠性至关重要，活塞是发动机的首要动源零件，发动机燃烧系统瞬间爆发并释放的热能首先通过活塞转化为机械能，即通过活塞的往复非匀速直线运动，传递到连杆和曲轴转化为旋转运动，从而使发动机输出扭矩和功率。

活塞直接面对风的季节的爆发压力，承受交变的热负荷和机械负荷，对于高性能柴油机活塞来讲，交变频率一般在16-50Hz.尤其随着发动机强化程度的提高，功率的增大和转速的增加，活塞工作环境变得更加恶劣了。

内燃机国工作时，各零件之间存在着多种运动形式，而且有的大运动组件之中还包含着微小的运动，在曲柄连杆机构中，活塞和缸套之间的往复运动过程中，就同时存在着活塞销和销孔之间的旋转运动，但是存在着很大的作用力，这样，在相互接触之间就会产生接触应力和切向运动阻力----摩擦力，因而会造成摩擦损失，严重时，会在摩擦力的作用下造成零件的损坏。

一般情况下，内燃机的机械效率为75-90%，有10-15%的功率消耗在摩擦损失上，摩擦力导致内燃机的有效效率的下降，零件的文都升高，材料机械性能下降等;摩擦好使各相互配合的零件材料机体表面磨损，造成接触不良，间隙增大，产生振动和噪音，降低了使用寿命，摩擦对内燃机的影响是不可低估的。

发动机的爆发压力越来越大，目前，国外先进的增压柴油机最高爆发压力已达25MPa以上，国内的制造的增压柴油机最高爆发压力也已达18MPa以上，并且向更大的趋势发展。

活塞在汽缸内工作时，活塞顶面承受顺势高温燃气作用，最高燃气温度可达2000-2500℃。

活塞长期在高温高压的环境下工作，承受高温及机械交变负荷，活塞销孔部位更容易发生由于温度与承受压力过大而引起的销孔咬死及机械负荷过大引起的销孔开裂事故，甚至整个活塞破碎，损失率远远大于其它部件。

活塞销和销孔之间既然有相互运动且存在相互作用力，就一点存在摩擦力。

这种摩擦力，虽然对内燃机的有效效率没有多大的影响，但是，如果活塞销孔处的文都过高（活塞销孔温度超过180℃），活塞销与销孔之间的接触应力过大，就会破坏了二者之间存在的润滑油膜，使销孔表面和活塞销在局部形成干摩擦，将有可能导致活塞销孔表面拉毛、拉伤，使之不能正常工作；同时作用在销孔上机械应力过大，而此时活塞材料在高温下性能下降，有可能使活塞销孔产生裂纹，严重时会导致活塞销孔开裂、破碎，甚至损坏发动机机体。

如何分析、设计活塞销孔结构，是活塞销在高温、高压、搞频次的往复运动中保持良好的承载能力和工作状态，最大限度的保证活塞的耐高温性能和热稳定性能，最大限度的提高活塞的可靠性，是活塞的关键。

近年来，随着柴油机想高排放、大马力方向发展，活塞的可靠性已成为发动机整机可靠性的关键环节，而确保活塞工作可靠的关键又在于活塞销孔的工作可靠性，因此，活塞销润滑系统防漏检测已成为工作者必须要考虑的问题，如何防漏必须引起人们的重视。

1.2提高活塞销孔结构可靠性研究的必要性

随着世界各国对环境保护和节约能源的要求，柴油机向高强度化、搞排放、搞可靠性的方向发展，柴油机的功率越来越大，目前，常见的增压柴油机爆发压力为15MPa左右，升功率为30MPa/L左右，并且向更大的方向发展；哦周先进的柴油机爆发压力已达25MPa，升功率已超过60KW/L，这样，活塞的可靠性就日益突出，已成为影响整机可靠性的主要因素之一。

柴油机活塞承受的热负荷、机械负荷带有显著的冲击性，无论是在起动、停机以及其它突变工况下，对应柴油机工作过程就会出现仍有爆发燃烧这一瞬间，此时活塞处于突发性极强的受热状态和快速导热的过程，由于热能传播的速度有限，使活塞头部的文都保持在320℃以上，活塞销孔处的温度也一直保持在180℃左右，这样就导致活塞销孔表面的温度在极短的时间内骤升。

由于结构的关系，活塞销孔处的材料较多，产生的膨胀变形量大，但是由于活塞销抵抗的反作用，活塞销孔一直处于高力状态。

急速的膨胀变形收到约束，结果形成应力巨变，产生峰值压应力。

高温下活塞材料的机械性能下降，过高的峰值压力会使该处出现塑性变形；由于冷却的作用，活塞的温度下降，材料会产生收缩变形，但是由于销孔和活塞销之间的间隙有限，已形成的塑性变形不能完全回复，就会产生拉应力。

并且，即使峰值压力不太高，但是由于周期性反复作用的结果也会使活塞材料表面的机械性能下降，最终出现销孔的疲劳破坏。

销孔处的应力分布还取决于销孔和活塞销两者之间的变形是否能相适应。

由于燃气压力的作用，活塞要产生我去