1。2 柴油机优化设计的研究现状与发展 

1。3 柴油机活塞优化设计的研究现状与发展

1。4 本文的主要内容 

   根据所给定的参数，先进行柴油机的尺寸结构设计，参考《柴油机设计手册》，内 燃机设计等参考文献按照设计标准来进行尺寸结构设计；利用 SolidWorks 软件，建立柴

油机活塞的三维模型；使用 SolidWorks Simulation 自带的网格划分功能划分网格，再进 行应力应变分析和热力分析；通过对应力云图和受热分布图以及相应图像分析得出该活 塞的工作性能，并以此为依据对活塞进行优化。

第二章 柴油机活塞设计

2。1 柴油机活塞的工作条件、设计要求及材料选取 

一、工作条件： 

⑴高温---产生较大的热负荷：由于高温的工作环境致使活塞承受的热负荷较大， 高速大功率柴油机缸内燃烧瞬时温度高达 2000℃左右，如以转速为 1800r/min 四冲程柴 油机计算，则每秒经受 15 次高温燃气的交变加热，长时间这样工作，材料强度将大大 降低，尤其是活塞顶部承受的热负荷与机械负荷耦合作用最为剧烈。活塞顶部靠近燃烧 室部位将产生热疲劳、热变形和顶部的龟裂。因此必须对各种活塞顶材料的顶部温度作 必要的限制。此外，由于活塞温度分布不均，活塞上不同位置因温差而产生热应力。这 些热应力会导致活塞顶部表面发生开裂。对于柴油机而言，如果燃气混合不均匀易燃烧 生成碳粒（ soot ）， 这将导致火焰辐射能力远超过汽油机。柴油机气缸燃气温度 Tmax=1500—2000℃，活塞顶部温度 Th=280—400℃[6]。 

⑵高压---冲击性的高机械负荷：活塞承受气缸内燃气的爆发压力 Pg、侧压力 Ph、 高速运动产生的惯性力 Pj。近代中高速柴油机的最高爆发压力 Pmax 可达到 8-15Mpa，大 约为非增压柴油机平均压力 Pg 的一倍以上。当活塞在气缸中往复高速运动时，将会产 生很大的惯性力。随着发动机向着高速的方向发展，汽油机活塞组的最大惯性力 Pmax 一般可以达到活塞重量的 1000-2000 倍，柴油机活塞组的最大惯性力 Pmax 一般可以达到 活塞重量的 300-600 倍。内燃机工作过程中，活塞与气缸内表面之间存在强烈的摩擦， 这会对活塞造成剧烈的磨损。此外，交变的侧压力容易造成侧向拍击引起振动，致使裙 部发生变形和缸套穴蚀。 来,自.优;尔:论[文|网www.youerw.com +QQ752018766-

二、设计要求: 

⑴活塞应当质量较轻，满足足够的强度、刚度； 

⑵选择热强度好、散热性能较好、膨胀系数较小、耐磨性好，减磨性和工艺性良好 的材料； 

⑶确保燃烧室气密性良好，且不增加活塞组的摩擦损失； 

⑷活塞与缸套，活塞销与销座之间具有良好的润滑、摩擦较小、不窜油。 

 三、常用的材料： 根据活塞的设计要求，可以确定一些常用的材料：灰铸铁、铝基合金。