CN102184293B

CN102184293B - 一种活塞裙部空间曲面设计方法

Info

Publication number: CN102184293B
Application number: CN201110121090.6A
Authority: CN
Inventors: 司庆九; 詹樟松
Original assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: CN102184293A

Abstract

一种发动机活塞裙部空间曲面设计方法，其按一下步骤进行：一，用有限元分析（FEA）进行活塞的变形仿真计算，得到活塞变形量；二，利用活塞短轴变形量结果，求出活塞横向形线；三，利用活塞长轴变形量结果，求出活塞纵向形线；四，求出活塞任意点直径削减量，得到活塞桶形面结果。本发明能提高设计的可靠性，使活塞裙部空间曲面与实际更加吻合。

Description

一种活塞裙部空间曲面设计方法

技术领域

本发明属于内燃机设计领域，具体涉及到内燃机活塞裙部形线的设计方法。

背景技术

在现代内燃机设计过程中，活塞作为最重要的将热能转换为机械能的零件，其结构设计特别是活塞裙部纵横向形线的设计便显得异常重要。

活塞在受力时，由于活塞销孔的支承作用，使活塞严重变形，同时，缸套受热及在装配后，也会产生变形，为了使变形后的活塞尽可能地与缸套有更多的接触面，需要对活塞的裙部进行桶形面设计。目前桶形面设计主要是借鉴结构相似的活塞桶形面通过试验后的结果进行修正。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足,提出一种活塞裙部空间曲面设计方法。

本发明的技术方案如下：

在本方法中，定义活塞模型坐标系为垂直向上为Z轴，活塞短轴方向为Y轴，活塞长轴方向为X轴，坐标原点为活塞裙部最底面中心，如图1所示，本发明方法的步骤如下：

第一步，用计算机仿真分析计算出活塞裙部长轴和短轴的径向变形量，如图2；

第二步，用活塞裙部短轴的径向变形量乘以一个系数作为活塞裙部的椭圆量△，则活塞裙部的横向形线（即在同一高度截面内，活塞中心角

对应的活塞直径削减量的集合就是在此高度下的横向形线）为；（如图3）

第三步，求活塞裙部纵向形线：活塞纵向形线为一高阶连续可导函数，通过拉格朗日迭代插值求取，具体如下：

利用仿真计算不同高度下活塞裙部长轴径向变形量加上润滑油需要的油楔间隙的和乘以一个系数作为活塞在长轴时的直径削减量，如图4所示，则活塞的纵向形线为：

Figure 2011101210906100002DEST_PATH_IMAGE003

第四步，求出活塞裙部任意点的直径削减量：

活塞桶形面为任意点直径削减量的集合。

本发明能提高设计的可靠性，使活塞裙部空间曲面与实际更加吻合。

附图说明

图1A是活塞的坐标系的Z轴和X轴；

图1B是活塞的坐标系的Y轴和X轴；

图2A是活塞的变形示意图；

图2B是图2A的A-A剖面图；

图3是活塞的椭圆量示意图；

图4是活塞的纵向形线示意图；

图5是活塞的桶型面示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本设计方法的具体实现：

参见图1A和图1B，定义活塞模型坐标系为垂直向上为Z轴，活塞短轴方向为Y轴，活塞长轴方向为X轴，坐标原点为活塞裙部最底面中心。

本发明方法的步骤如下：

第一步，用有限元分析（FEA）进行进行活塞的变形仿真计算，计算出活塞裙部长轴和短轴的径向变形量，如图2A和图2B；

第二步，用活塞裙部短轴的径向变形量乘以一个系数作为活塞裙部的椭圆量△，则活塞裙部的横向形线为；（如图3）

Figure 2011101210906100002DEST_PATH_IMAGE005

第四步，求出活塞裙部任意点的直径削减量：

Figure 2011101210906100002DEST_PATH_IMAGE007

由任意点直径削减量的集合得到活塞桶形面结果，参见图5。

Claims

1.一种发动机活塞裙部空间曲面设计方法，所述方法首先是利用计算机仿真计算活塞裙部长轴和短轴的径向变形量，然后再对活塞裙部长轴和短轴的径向变形量进行处理后作为活塞裙部的横向和纵向形线，最后求取任意点的直径削减量，由此得到活塞裙部空间曲面；

其中，对活塞裙部长轴和短轴的径向变形量进行处理的方法如下：

（1）用活塞裙部短轴的径向变形量乘以一个系数作为活塞裙部的椭圆量△，则活塞裙部的横向形线为：

Δ＝2×(1.1～2.0×短轴径向变形量)

diametercut 1 = \frac{1}{2} \times Δ \times [(1 - \cos 2 θ) + β \times (1 - \cos 4 θ)]

式中，diametercut1为活塞短轴直径削减量；Δ为活塞裙部的椭圆量；

θ为活塞短轴直径削减量对应的活塞中心角；β为修正系数，根据活塞仿真计算结果确定，主要与径向刚度有关；

（2）通过拉格朗日迭代插值求取活塞裙部纵向形线：活塞纵向形线为一高阶连续可导函数，具体如下：

用不同高度下活塞裙部长轴径向变形量加上润滑油需要的油楔间隙的和乘以一个系数作为活塞在长轴时的直径削减量，得到活塞的纵向形线：

diametercut 2 = Σ_{i = 0}^{n} x_{i} l_{i} (z) = Σ_{i = 0}^{n} (\underset{\underset{j &NotEqual; i}{j = 0}}{Π} \frac{(z - z_{j})}{(z_{i} - z_{j})}) x_{i}

式中，diametercut2为活塞长轴直径削减量；z为活塞高度；x为对应的长轴削减量；

n为活塞高度上的数据数量；

所述求取任意点的直径削减量如下：

diametercut＝diametercut2+diametercut1

式中diametercut为活塞裙部任意点的直径削减量。