活塞二阶运动特性及其影响因素分析研究

【摘要】内燃机的噪声按照其产生机理可以分为燃烧噪声、机械噪声及空气动力学噪声。在中低频段，机械噪声占据主要优势。而机械噪声的主要激励源之一是由活塞的二阶运动对缸套造成的冲击。因此，从活塞二阶运动特性和激励力的产生机理入手，开展相关研究并考虑不同因素对活塞二阶运动及激励力的影响，对于分析和抑制内燃机噪声具有重要意义。在内燃机工作过程中，由于配缸间隙的存在，活塞在作往复运动的同时还有垂直气缸中心线的横向运动与绕活塞销的转动，后两种运动形式称为“活塞二阶运动”。本文在考虑活塞所受机械载荷及热边界条件的基础上，得出了活塞的二阶运动规律、活塞与缸套间的接触载荷、摩擦损失、活塞动能、活塞敲击力，对不同影响因素对活塞运动特性及敲击力的影响作出深入研究。本文具体工作如下：（1）以第三类边界条件对活塞进行热分析，计算热变形，与活塞冷态型线叠加拟合热态工作型线，计算缸套安装状态下热变形并拟合缸套热态型线。将以上结果作为进行活塞运动特性及敲击力分析的计算边界条件。（2）运用曲柄连杆机构运动学、动力学和流体润滑的相关理论，开展了活塞二阶运动分析，得出了活塞二阶运动的运动规律、活塞与缸套间的接触载荷、摩擦损失及活塞敲击力等一系列结果。（3）开展了活塞二阶运动影响因素分析研究。所考虑的主要影响因素包括活塞销偏置、活塞重心、配缸间隙、缸套在燃气作用下弹性变形等，归纳总结了相关影响规律，为内燃机相关零部件的设计提供了相应的参考依据。(4)通过活塞销和活塞重心的偏置不能使活塞的径向移动和绕销摆动同时得到抑制，活塞销和活塞重心向承压面偏置能够减小活塞敲击力。较小的配缸间隙能够有效减小活塞敲击力但是同时会增加摩擦损耗。考虑缸套在燃气作用下的变形情况下，活塞径向位移、摆动角度和敲击力计算结果有所增加。
【作者】刘宇航；
【导师】张保成；
【作者基本信息】中北大学，动力机械及工程，2014，硕士
【关键词】热分析；二阶运动；运动特性；敲击力；

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