CN115795742A - 活塞裙部型线的设计方法、活塞裙部及发动机 - Google Patents

活塞裙部型线的设计方法、活塞裙部及发动机 Download PDF

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CN115795742A
CN115795742A CN202310052795.XA CN202310052795A CN115795742A CN 115795742 A CN115795742 A CN 115795742A CN 202310052795 A CN202310052795 A CN 202310052795A CN 115795742 A CN115795742 A CN 115795742A
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李志杰
曾庆星
马庆镇
李连升
黄鹏
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Abstract

本发明公开了一种活塞裙部型线的设计方法、活塞裙部及发动机，涉及发动机技术领域。活塞裙部型线的设计方法包括以下步骤：以中凸峰单曲率型线为基准型线，基准型线包括D0点、D1点和D2点，D0点为活塞外圆点，D1点为活塞裙部顶端点，D2点为活塞裙部底端点。在基准型线上，以D0点为基准点建立第一凸峰型线，以D1点为基准点建立第二凸峰型线；以D2点为基准点建立第三凸峰型线，形成三凸峰型线；将三凸峰型线与基准型线叠加，以形成活塞裙部型线。本发明提供的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线，在活塞运动的过程中，能减小活塞裙部与缸套的接触压力和接触面积，降低活塞与缸套的接触摩擦平均有效压力，减小摩擦损失。

Description

活塞裙部型线的设计方法、活塞裙部及发动机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种活塞裙部型线的设计方法、活塞裙部及发动机。
背景技术
活塞系统是发动机动力产生的核心部件，活塞在缸内高速运动时具有往复运动和水平运动，活塞在运动过程中，活塞裙部与缸套接触，其摩擦性能的好坏，直接影响整机热效率；摩擦损失过大，将影响到发动机的动力性和经济性；密封性不好，产生动力损失，影响机油消耗。
目前活塞裙部型线设计中，如图1-图3所示，活塞裙部型线通常以中凸型单曲率型线为主，这样的设计有利于活塞平稳运行，但是活塞裙部接触摩擦平均有效压力大，摩擦损失也大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活塞裙部型线的设计方法、活塞裙部及发动机，以降低活塞裙部与缸套的接触摩擦有效压力，减小摩擦损失，提高发动机的动力性和经济性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
活塞裙部型线的设计方法，包括以下步骤：
以中凸峰单曲率型线为基准型线，所述基准型线包括
Figure SMS_1
点、
Figure SMS_2
点和
Figure SMS_3
点，所述
Figure SMS_4
点为活塞外圆点，所述
Figure SMS_5
点为活塞裙部顶端点，所述
Figure SMS_6
点为活塞裙部底端点；
在所述基准型线上，以所述
Figure SMS_7
点为基准点建立第一凸峰型线，以所述
Figure SMS_8
点为基准点建立第二凸峰型线；以所述
Figure SMS_9
点为基准点建立第三凸峰型线，形成三凸峰型线；
将所述三凸峰型线与所述基准型线叠加，以形成活塞裙部型线。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，所述三凸峰型线的设计方法包括以下步骤：
所述第一凸峰型线的高度为
Figure SMS_10
，长度为
Figure SMS_11
，所述第二凸峰型线的高度为
Figure SMS_12
，长度为
Figure SMS_13
，所述第三凸峰型线的高度
Figure SMS_14
，长度为
Figure SMS_15
；
以所述基准型线上所述
Figure SMS_16
点为基准点，所述第一凸峰型线的高度
Figure SMS_17
比所述
Figure SMS_18
点低设定高度，所述第一凸峰型线的长度
Figure SMS_19
等于以所述
Figure SMS_20
点为中心的直线段的长度；
以所述第一凸峰型线为基准，所述第二凸峰型线的高度
Figure SMS_21
和所述第三凸峰型线的高度
Figure SMS_22
均为所述第一凸峰型线的高度
Figure SMS_23
的两倍以上，所述第二凸峰型线的长度
Figure SMS_24
和所述第三凸峰型线的长度
Figure SMS_25
均为所述第一凸峰型线的长度
Figure SMS_26
的一倍至两倍之间。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，所述设定高度为1μm～5μm。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，所述第二凸峰型线的高度
Figure SMS_27
大于所述第三凸峰型线的高度
Figure SMS_28
。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，将所述三凸峰型线与所述基准型线叠加后形成的活塞裙部型线定义为初始型线；在形成所述初始型线后，所述活塞裙部型线的设计方法还包括以下步骤：利用DOE优化思想和有限元思想，建立多体动力学系统模型，对所述初始型线进行优化调整后得到活塞裙部型线的最终型线。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，在形成所述初始型线时，将所述第二凸峰型线的长度
Figure SMS_29
设计为与所述第三凸峰型线的长度
Figure SMS_30
相等。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，所述利用DOE优化思想和有限元思想，建立多体动力学系统模型，对所述初始型线进行优化调整后得到活塞裙部型线的最终型线的步骤包括：
以凸峰的长度L和高度H为设计变量，分别对所述第一凸峰型线、所述第二凸峰型线和所述第三凸峰型线进行调整，通过DOE中的全因子方法或中心组合法，建立所述第一凸峰型线、所述第二凸峰型线和所述第三凸峰型线多种组合，得到多个活塞裙部型线；
利用有限元法思想，以活塞-缸套系统的温度载荷和机械载荷为边界条件，建立活塞-缸套系统的有限元模型，将活塞-缸套系统的有限元模型提供的活塞裙部变形量和缸套变形量作为多体动力学仿真计算的边界，建立多体动力学系统模型；
活塞与缸套之间通过液体弹性动力学建立连接关系，对施加不同所述活塞裙部型线后的活塞进行动力学仿真计算，根据计算出的每个所述活塞裙部型线接触压力和摩擦损失的结果，选择出多个所述活塞裙部型线中表现最优的一个，以得到所述活塞裙部型线的最终型线。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，当选择出表现最优的所述活塞裙部型线后，再根据干摩擦接触压力情况，继续对表现最优的所述活塞裙部型线微调优化，微调优化后的所述活塞裙部型线为所述活塞裙部型线的最终型线。
活塞裙部，其中，所述活塞裙部包括主推力侧和副推力侧，所述主推力侧和所述副推力侧均采用以上任一方案所述的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线，且位于所述主推力侧的所述活塞裙部型线和位于所述副推力侧的所述活塞裙部型线相对所述活塞裙部的中心线对称设置。
作为活塞裙部的一个可选方案，所述活塞裙部的外表面开设有多个沟槽，多个所述沟槽均相对所述活塞裙部的中心线呈第一设定角度倾斜设置。
作为活塞裙部的一个可选方案，多个所述沟槽平行设置；或，多个所述沟槽相互交叉设置。
作为活塞裙部的一个可选方案，所述第一设定角度为0°～90°。
作为活塞裙部的一个可选方案，所述沟槽的两侧壁呈第二设定角度相交；每个所述沟槽自所述活塞裙部的顶端延伸至所述活塞裙部的底端。
作为活塞裙部的一个可选方案，所述沟槽的深度为5μm-25μm。
发动机，包括气缸，所述气缸包括缸套和在所述缸套内运动的活塞，所述活塞包括以上任一方案所述的活塞裙部，所述活塞裙部与所述缸套配合。
本发明的有益效果：
本发明提供的活塞裙部型线的设计方法，活塞裙部型线包括基准型线，基准型线上有位于活塞外圆点的
Figure SMS_31
点，位于活塞裙部顶端点的
Figure SMS_32
点，位于活塞裙部底端点的
Figure SMS_33
点，在基准型线上，以
Figure SMS_34
点为基准点建立第一凸峰型线，以
Figure SMS_35
点为基准点建立第二凸峰型线，以
Figure SMS_36
点为基准点建立第三凸峰型线，形成三凸峰型线。然后将三凸峰型线和基准型线叠加，以形成活塞裙部型线。在活塞运动的过程中，能将润滑液刮到三凸峰型线的凸峰之间的凹谷处，产生较大的流体动压力。活塞侧向力为流体动压力与接触压力之和，在侧向力恒定的情况下，增大流体动压力，会减小接触压力，同时还减小了活塞裙部与缸套的接触面积，从而达到降低活塞与缸套的接触摩擦平均有效压力，减小摩擦损失的功效。
在设计三凸峰型线时，将第二凸峰型线的高度设计为大于第三凸峰型线的高度，由于第二凸峰型线位于活塞裙部的顶端，第三凸峰型线位于活塞裙部的底端，从而减小了活塞裙部顶端与缸套之间的间隙，在活塞上止点换向时，能够减小活塞的倾斜运动，从而保证倾斜运动更加可控和稳定，并且降低了活塞敲击缸套产生的噪音。
本发明提供的活塞裙部，活塞裙部的主推力侧和副推力侧均采用上述的活塞裙部型线的设计方法设计活塞裙部型线，且主推力侧的活塞裙部型线和副推力侧的活塞裙部型线相对活塞裙部的中心线对称设置，使得活塞运动过程中，降低润滑液的消耗量，同时降低了发动机的噪音。
通过在活塞裙部的外表面开设多个沟槽，形成微织构。将沟槽设置为与活塞裙部的中心线呈第一设定角度倾斜，以引导润滑液流动产生流体动压效果，能够储存润滑液为活塞裙部的外表面提供润滑，还能起到容纳磨屑的作用。沟槽能够保证活塞裙部外表面的凸峰处有一定储存润滑液的能力，增强润滑能力；在凹谷处，沟槽能够把多余润滑液引导出来，既能保证润滑液形成润滑膜，又能避免润滑膜太厚导致润滑液的消耗量过大。通过将活塞裙部形成的微织构与上述的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线配合，收集润滑液存储，并引导润滑液流动，减小摩擦系数，提高流体动压力，降低摩擦损失。
本发明提供的发动机，包括气缸，气缸包括缸套和在缸套内运动的活塞，活塞包括上述的活塞裙部，活塞裙部与缸套配合，减小了活塞与缸套之间的摩擦损失，降低润滑液的消耗量，同时降低了发动机的噪音。
附图说明
图1是现有技术中提供的第一种活塞裙部型线的结构示意图；
图2是现有技术中提供的第二种活塞裙部型线的结构示意图；
图3是现有技术中提供的第三种活塞裙部型线的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的活塞裙部型线的设计方法的流程图；
图5是本发明实施例一提供的基准型线的结构示意图；
图6是本发明实施例一提供的三凸峰型线的设计方法的流程图；
图7是本发明实施例一提供的第一凸峰型线、第二凸峰型线和第三凸峰型线的结构示意图；
图8是本发明实施例一提供的凸峰的高度H和长度L的示意图；
图9是本发明实施例一提供的三凸峰型线与基准型线叠加形成初始型线的示意图；
图10是本发明实施例一提供的对初始型线优化调整得到最终型线的流程图；
图11是本发明实施例一提供的基准型线、初始型线和移动后的初始型线的位置示意图；
图12是本发明实施例二提供的活塞结构示意图；
图13是本发明实施例二提供的沟槽的截面示意图；
图14是本发明实施例二提供的沟槽在活塞裙部的外表面的第一种布置形式示意图；
图15是本发明实施例二提供的沟槽在活塞裙部的外表面的第二种布置形式示意图；
图16是本发明实施例二提供的沟槽在活塞裙部的外表面的第三种布置形式示意图。
图中：
1、基准型线；
2、三凸峰型线；21、第一凸峰型线；22、第二凸峰型线；23、第三凸峰型线；
3、初始型线；4、移动后的初始型线；
100、活塞裙部；101、主推力侧；102、副推力侧；103、沟槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“连接”和“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一：
如图4-图9所示，本实施例提供了一种活塞裙部型线的设计方法，包括以下步骤：
S10、以中凸峰单曲率型线为基准型线1，基准型线1包括
Figure SMS_37
点、
Figure SMS_38
点和
Figure SMS_39
点，
Figure SMS_40
点为活塞外圆点，
Figure SMS_41
点为活塞裙部100顶端点，
Figure SMS_42
点为活塞裙部100底端点。
中凸峰单曲率型线有利于活塞平稳运行，但是在活塞运动过程中，这种型线的活塞裙部100与缸套接触摩擦平均有效压力大，摩擦损失大。因此，本实施例以中凸峰单曲率型线为基准型线1，在保证活塞能平稳运行的基础上，对活塞裙部型线进行改进，以降低摩擦损失，避免影响发动机的动力性和经济性。
S20、在基准型线1上，以
Figure SMS_43
点为基准点建立第一凸峰型线21，以
Figure SMS_44
点为基准点建立第二凸峰型线22；以
Figure SMS_45
点为基准点建立第三凸峰型线23，形成三凸峰型线2。
通过在基准型线1的顶端、中端和底端分别添加一个凸峰型线，形成三凸峰型线2。
如图6所示，具体地，三凸峰型线2的设计方法包括以下步骤：
S21、第一凸峰型线21的高度为
Figure SMS_46
，长度为
Figure SMS_47
，第二凸峰型线22的高度为
Figure SMS_48
，长度为
Figure SMS_49
，第三凸峰型线23的高度
Figure SMS_50
，长度为
Figure SMS_51
。
第一凸峰型线21、第二凸峰型线22和第三凸峰型线23的形状如图7所示。如图8所示，将凸峰型线的高度标记为H，长度标记为L。为了简化，在本实施例中，第一凸峰型线21的高度
Figure SMS_52
、长度
Figure SMS_53
，第二凸峰型线22的高度
Figure SMS_54
、长度
Figure SMS_55
和第三凸峰型线23的高度
Figure SMS_56
、长度
Figure SMS_57
在图中不一一标记。
S22、以基准型线1上
Figure SMS_58
点为基准点，第一凸峰型线21的高度
Figure SMS_59
比
Figure SMS_60
点的高度低设定高度，第一凸峰型线21的长度
Figure SMS_61
等于以
Figure SMS_62
点为中心的直线段的长度。
基准型线1上的
Figure SMS_63
点为活塞外圆点，即为活塞的最大直径，以
Figure SMS_64
点为基准点设计第一凸峰型线21。将第一凸峰型线21的高度
Figure SMS_65
设计为比
Figure SMS_66
点的高度低，在活塞裙部型线设计好后，将设计好的活塞裙部型线调整位置，以保证活塞的最大直径不变。第一凸峰型线21的凸峰位置的两侧与缸套之间的间隙相比原来增大，减小了活塞裙部100与缸套的接触面积，减小摩擦，从而降低摩擦损失。
可选地，设定高度为1μm～5μm。设定高度的具体数值本领域技术人员可根据实际情况具体计算获得。
S23、以第一凸峰型线21为基准，第二凸峰型线22的高度
Figure SMS_67
和第三凸峰型线23的高度
Figure SMS_68
均为第一凸峰型线21的高度
Figure SMS_69
的两倍以上，第二凸峰型线22的长度
Figure SMS_70
和第三凸峰型线23的长度
Figure SMS_71
均为第一凸峰型线21的长度
Figure SMS_72
的一倍至两倍之间。
将第一凸峰型线21设计好后，再以第一凸峰型线21为基准，设计第二凸峰型线22和第三凸峰型线23，将第一凸峰型线21两侧的第二凸峰型线22的高度和第三凸峰型线23的高度均设置为比第一凸峰型线21的高度高，第二凸峰型线22的长度和第三凸峰型线23的长度均设置为比第一凸峰型线21的长度长，从而使得第一凸峰型线21与第二凸峰型线22和第三凸峰型线23之间分别形成一个凹谷，在活塞运动的过程中，能够将润滑液刮到两个凹谷处，两个凹谷的深度适合，以产生较大的流体动压力。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，第二凸峰型线22的高度
Figure SMS_73
大于第三凸峰型线23的高度
Figure SMS_74
。
在设计三凸峰型线2时，将第二凸峰型线22的高度设计为大于第三凸峰型线23的高度，由于第二凸峰型线22位于活塞裙部100的顶端，第三凸峰型线23位于活塞裙部100的底端，从而减小了活塞裙部100顶端与缸套之间的间隙，在活塞上止点换向时，能够减小活塞的倾斜运动，从而保证倾斜运动更加可控和稳定，并且降低了活塞敲击缸套产生的噪音。
S30、将三凸峰型线2与基准型线1叠加，以形成活塞裙部型线的初始型线3。
如图9所示，通过将三凸峰型线2与基准型线1叠加形成活塞裙部型线。活塞裙部型线相对基准型线1，具有两个凹谷，在活塞运动的过程中，润滑液被刮到两个凹谷处，产生较大的流体动压力。活塞侧向力为流体动压力和接触压力之和，在侧向力恒定的情况下，增大流体动压力，会减小接触压力，同时还减小了活塞裙部100与缸套的接触面积，从而达到降低活塞裙部100与缸套的接触摩擦平均有效压力，减小摩擦损失。
将三凸峰型线2与基准型线1叠加后形成的活塞裙部型线不一定是最优型线，需要通过力学验证，得到润滑状态最合适的型线。
作为活塞裙部型线的设计方法的一个可选方案，将三凸峰型线2与基准型线1叠加后形成的活塞裙部型线定义为初始型线3；在形成初始型线3后，活塞裙部型线的设计方法还包括以下步骤：
S40、利用DOE（DESIGN OF EXPERIMENT，试验设计）优化思想和有限元思想，建立多体动力学系统模型，对初始型线3进行优化调整后得到活塞裙部型线的最终型线。
具体地，如图10所示，利用DOE优化思想和有限元思想，建立多体动力学系统模型，对初始型线3进行优化调整后得到活塞裙部型线的最终型线的步骤包括：
S41、以凸峰的长度L和高度H为设计变量，分别对第一凸峰型线21、第二凸峰型线22和第三凸峰型线23进行调整，通过DOE中的全因子方法或中心组合法，建立第一凸峰型线21、第二凸峰型线22和第三凸峰型线23多种组合，得到多个活塞裙部型线。
通过以凸峰的长度L和高度H为设计变量，对第一凸峰型线21的长度
Figure SMS_75
和高度
Figure SMS_76
设计多种组合，对第二凸峰型线22的长度
Figure SMS_77
和高度
Figure SMS_78
设计多种组合，对第三凸峰型线23的长度
Figure SMS_79
和高度
Figure SMS_80
设计多种组合。然后通过DOE中的全因子方法或中心组合法（依据计算量选择适合的方法），D0E将多个变量参数化后，根据一定的优化方法匹配，得到第一凸峰型线21、第二凸峰型线22和第三凸峰型线23的多种组合，从而得到多个活塞裙部型线。
S42、利用有限元法思想，以活塞-缸套系统的温度载荷和机械载荷为边界条件，建立活塞-缸套系统的有限元模型，将活塞-缸套系统的有限元模型提供的活塞裙部100变形量和缸套变形量作为多体动力学仿真计算的边界，建立多体动力学系统模型。
关于建立有限元模型和多体动力学系统模型的方法已是现有技术，在此不再赘述。
S43、活塞与缸套之间通过液体弹性动力学建立连接关系，对施加不同活塞裙部型线后的活塞进行动力学仿真计算，根据计算出的每个活塞裙部型线接触压力和摩擦损失的结果，选择出多个活塞裙部型线中表现最优的一个，以得到活塞裙部型线的最终型线。
通过建立的多体动力学系统模型，对多个活塞裙部型线的接触压力和摩擦损失进行仿真计算，然后将仿真计算结果最优的一个选出。
S44、当选择出表现最优的活塞裙部型线后，再根据干摩擦接触压力情况，继续对表现最优的活塞裙部型线微调优化，微调优化后的活塞裙部型线为活塞裙部型线的最终型线。
将仿真计算结果最优的型线选出后再进行微调优化得到润滑状态最佳的型线，即为最终型线。
需要说明的是，在形成初始型线3时，将第二凸峰型线22的长度
Figure SMS_81
设计为与第三凸峰型线23的长度
Figure SMS_82
相等。在对初始型线3进行优化调整后，得到的最终型线的第二凸峰型线22的长度
Figure SMS_83
和第三凸峰型线23的长度
Figure SMS_84
可以相等，也可以不相等。
如图11所示，通过本实施例提供的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线相对于基准型线1，在第一凸峰型线21的凸峰位置和第二凸峰型线22的凸峰位置之间形成第一凹谷，在第一凸峰型线21的凸峰位置和第三凸峰型线23的凸峰位置之间形成第二凹谷，在活塞运动过程中，润滑液在第一凹谷和第二凹谷内能产生较大的流体动压力，在活塞侧向力恒定的情况下，流体动压力增大，接触压力减小；而且还减小了活塞裙部100与缸套的接触面积，减小摩擦损失，从而降低了润滑液消耗，保证了发动机的动力性和经济性。
需要说明的是，在得到初始型线3后，对初始型线3优化建立多体动力学系统模型时，需要对初始型线3的位置进行调整，使移动后的初始型线4的最大外圆直径等于基准型线1的最大外圆直径，即保持活塞的外圆直径不变。
实施例二：
如图12所示，本实施例提供了一种活塞裙部100，活塞裙部100包括主推力侧101和副推力侧102，主推力侧101和副推力侧102均采用实施例一提供的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线，且位于主推力侧101的活塞裙部型线和位于副推力侧102的活塞裙部型线相对活塞裙部100的中心线对称设置。
就润滑液的损耗和摩擦损失而言，活塞和缸套是最关键的发动机部件。目前活塞裙部100的外表面处理通常是通过磷化和涂抹石墨涂层进行处理，以提高活塞裙部100的耐磨性，但是相对液动摩擦，表面摩擦系数高，产生较大的摩擦损失。
由于实施例一提供的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线，活塞在上下行程中将润滑液引导至第一凹谷和第二凹谷处，在三个凸峰位置可能会导致没有足够的润滑膜来润滑缸套与活塞裙部100的接触面，为改善上述情况，活塞裙部100的外表面开设有多个沟槽103，多个沟槽103均相对活塞裙部100的中心线呈第一设定角度倾斜设置。 多个倾斜设置的沟槽103，能够保证在凸峰位置，有一定储存润滑液的能力，增强润滑能力。在凹谷处，沟槽103能够将多余润滑液引导出来，既能保证润滑液的润滑膜厚度，又能保证润滑膜厚度不会太厚导致润滑液的消耗过高。
活塞与缸套接触表面必须光滑，同时要有微织构来容纳足够的润滑液，以减少摩擦。微织构为在表面上加工制备出具有一定尺寸、相互独立、交错排布的凹坑或微小沟槽103的表面微观结构。
现有技术中通过在活塞裙部100的外表面凹槽储油，但是凹槽的角度对润滑和摩擦损失有很大的影响。现有技术中的凹槽多为横向槽或竖向槽。横向槽储存的润滑液太多，会造成润滑液的消耗过大；竖向槽储存的润滑液太少，润滑效果差。
在本实施例中，第一设定角度为0°～90°。将沟槽103设置为与活塞裙部100的中心线呈0°～90°的倾斜槽，既能储存润滑液，又能将润滑液引出，避免润滑液的润滑膜过厚或过薄。
如图12和13所示，沟槽103的两侧壁呈第二设定角度相交；每个沟槽103自活塞裙部100的顶端延伸至活塞裙部100的底端。这样的设置，使得沟槽103易于加工。在本实施例中，不对第二设定角度的具体数值作限定，本领域技术人员可根据实际情况设置。
可选地，沟槽103的深度为5μm-25μm。沟槽103的深度根据爆压产生的活塞侧向力和活塞裙部100的厚度确定。
作为活塞裙部的一个可选方案，多个沟槽103平行设置；或，多个沟槽103相互交叉设置。
活塞裙部100外表面的沟槽103可以为单向倾斜槽，也可以为交叉槽等多种形式。沟槽103的倾斜角度越大，对润滑液的引流效果越明显。如图14所示，活塞裙部100的外表面设置单向倾斜沟槽，以倾斜45°为例，表面粗糙度越大，沟槽103的倾斜角度越小，以降低润滑液的引导能力，加强润滑液的存储能力。
如图15和图16所示，活塞裙部100的外表面设置交叉沟槽。示例性地，如图15所示，向左倾斜45°的倾斜槽和向右倾斜45°的倾斜槽交叉。或，如图16所示，向左倾斜60°的倾斜槽和向右倾斜30°的倾斜槽交叉。
本实施例提供的活塞裙部，主推力侧101和副推力侧102均采用上述的活塞裙部型线的设计方法设计活塞裙部型线，且主推力侧101的活塞裙部型线和副推力侧102的活塞裙部型线相对活塞裙部100的中心线对称设置，使得活塞运动过程中，降低润滑液的消耗量，同时降低了发动机的噪音。
通过在活塞裙部100的外表面开设多个沟槽103，形成微织构。将沟槽103设置为与活塞裙部100的中心线呈第一设定角度倾斜，以引导润滑液流动产生流体动压效果，能够储存润滑液为活塞裙部100的外表面提供润滑，还能起到容纳磨屑的作用。沟槽103能够保证在活塞裙部100的外表面的凸峰处有一定储存润滑液的能力，增强润滑能力；在凹谷处，沟槽103能够把多余润滑液引导出来，既能保证润滑液形成润滑膜，又能避免润滑膜太厚导致润滑液的消耗量过大。通过将活塞裙部100形成的微织构与上述的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线配合，收集润滑液存储，并引导润滑液流动，减小摩擦系数，提高流体动压力，降低摩擦损失。
实施例三：
本实施例提供了一种发动机，发动机包括气缸，气缸包括缸套和在缸套内运动的活塞，活塞包括活塞头部和实施例二提供的活塞裙部，活塞裙部与缸套配合，减小了活塞与缸套之间的摩擦损失，降低润滑液的消耗量，同时降低了发动机的噪音。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (15)

1.活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，所述活塞裙部型线的设计方法包括以下步骤：
以中凸峰单曲率型线为基准型线(1)，所述基准型线(1)包括D0点、D1点和D2点，所述D0点为活塞外圆点，所述D1点为活塞裙部(100)顶端点，所述D2点为活塞裙部(100)底端点；
在所述基准型线(1)上，以所述D0点为基准点建立第一凸峰型线(21)，以所述D1点为基准点建立第二凸峰型线(22)；以所述D2点为基准点建立第三凸峰型线(23)，形成三凸峰型线(2)；
将所述三凸峰型线(2)与所述基准型线(1)叠加，以形成活塞裙部型线。
2.根据权利要求1所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，所述三凸峰型线(2)的设计方法包括以下步骤：
所述第一凸峰型线(21)的高度为H0，长度为L0，所述第二凸峰型线(22)的高度为H1，长度为L1，所述第三凸峰型线(23)的高度H2，长度为L2；
以所述基准型线(1)上所述D0点为基准点，所述第一凸峰型线(21)的高度H0比所述D0点低设定高度，所述第一凸峰型线(21)的长度L0等于以所述D0点为中心的直线段的长度；
以所述第一凸峰型线(21)为基准，所述第二凸峰型线(22)的高度H1和所述第三凸峰型线(23)的高度H2均为所述第一凸峰型线(21)的高度H0的两倍以上，所述第二凸峰型线(22)的长度L1和所述第三凸峰型线(23)的长度L2均为所述第一凸峰型线(21)的长度L0的一倍至两倍之间。
3.根据权利要求2所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，所述设定高度为1μm～5μm。
4.根据权利要求2所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，所述第二凸峰型线(22)的高度H1大于所述第三凸峰型线(23)的高度H2。
5.根据权利要求2-4任一项所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，将所述三凸峰型线(2)与所述基准型线(1)叠加后形成的活塞裙部型线定义为初始型线(3)；在形成所述初始型线(3)后，所述活塞裙部型线的设计方法还包括以下步骤：利用DOE优化思想和有限元思想，建立多体动力学系统模型，对所述初始型线(3)进行优化调整后得到活塞裙部型线的最终型线。
6.根据权利要求5所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，在形成所述初始型线(3)时，将所述第二凸峰型线(22)的长度L1设计为与所述第三凸峰型线(23)的长度L2相等。
7.根据权利要求5所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，所述利用DOE优化思想和有限元思想，建立多体动力学系统模型，对所述初始型线(3)进行优化调整后得到活塞裙部型线的最终型线的步骤包括：
以凸峰的长度L和高度H为设计变量，分别对所述第一凸峰型线(21)、所述第二凸峰型线(22)和所述第三凸峰型线(23)进行调整，通过DOE中的全因子方法或中心组合法，建立所述第一凸峰型线(21)、所述第二凸峰型线(22)和所述第三凸峰型线(23)多种组合，得到多个活塞裙部型线；
利用有限元法思想，以活塞-缸套系统的温度载荷和机械载荷为边界条件，建立活塞-缸套系统的有限元模型，将活塞-缸套系统的有限元模型提供的活塞裙部(100)变形量和缸套变形量作为多体动力学仿真计算的边界，建立多体动力学系统模型；
活塞与缸套之间通过液体弹性动力学建立连接关系，对施加不同所述活塞裙部型线后的活塞进行动力学仿真计算，根据计算出的每个所述活塞裙部型线接触压力和摩擦损失的结果，选择出多个所述活塞裙部型线中表现最优的一个，以得到所述活塞裙部型线的最终型线。
8.根据权利要求7所述的活塞裙部型线的设计方法，其特征在于，当选择出表现最优的所述活塞裙部型线后，再根据干摩擦接触压力情况，继续对表现最优的所述活塞裙部型线微调优化，微调优化后的所述活塞裙部型线为所述活塞裙部型线的最终型线。
9.活塞裙部，其特征在于，所述活塞裙部包括主推力侧(101)和副推力侧(102)，所述主推力侧(101)和所述副推力侧(102)均采用如权利要求1-8任一项所述的活塞裙部型线的设计方法设计的活塞裙部型线，且位于所述主推力侧(101)的所述活塞裙部型线和位于所述副推力侧(102)的所述活塞裙部型线相对所述活塞裙部的中心线对称设置。
10.根据权利要求9所述的活塞裙部，其特征在于，所述活塞裙部的外表面开设有多个沟槽(103)，多个所述沟槽(103)均相对所述活塞裙部的中心线呈第一设定角度倾斜设置。
11.根据权利要求10所述的活塞裙部，其特征在于，多个所述沟槽(103)平行设置；或，多个所述沟槽(103)相互交叉设置。
12.根据权利要求10所述的活塞裙部，其特征在于，所述第一设定角度为0°～90°。
13.根据权利要求10所述的活塞裙部，其特征在于，所述沟槽(103)的两侧壁呈第二设定角度相交；每个所述沟槽(103)自所述活塞裙部(100)的顶端延伸至所述活塞裙部(100)的底端。
14.根据权利要求10所述的活塞裙部，其特征在于，所述沟槽(103)的深度为5μm-25μm。
15.发动机，其特征在于，包括气缸，所述气缸包括缸套和在所述缸套内运动的活塞，所述活塞包括如权利要求9-14任一项所述的活塞裙部，所述活塞裙部与所述缸套配合。
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