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1、 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目： YC6108 活塞组动力学分析 系 别： 汽车工程系 专 业： 热能与动力工程 班 级： T343- 6 学生姓名： 陈顺章 学 号： 11 指导教师： 姚胜华 摘 要 本文利用 AVL Glide 软件建立 YC6108 活塞组的仿真模型，通过调整活塞销孔偏心位置和活塞与气缸套的配合，从而对活塞的二阶运动进行优化，并对漏气量和机油消耗进行仿真分析；利用 Boost 软件建立 YC6108 发动机的仿真模型，算出缸内气体压力和温度参数，作为 Glide 软件的输入条件；通过采用三维有限元方法进行柴油机活塞的热分析，计算得到活塞的热变形，为活
2、塞裙部优化提供理论依据。 关键词关键词：活塞二阶运动 漏气量 机油消耗 GLIDE/ANSYS 软件Abstract This paper set up the simulation model of Piston Set of YC6108 using AVL GLIDE software to optimize piston secondary motion adjusting pin- hole position and clearance of piston and jar and simulate gas flow and Lube Oil Consumption ; By usin
3、g AVL BOOST to account the cylinder working temperature and pressure , and this is used for AVL GLIDE Software ; By using three- dimensional finite element method to account the piston working temperature and stress, and the heat distortion is used for piston skirt optimized. Keywords: Piston Second
4、ary Motion; Gas Flow; Lube Oil Consumption; GLIDE/ANSYS /BOOST Software目录目录 1 绪 论 . 1 1.1 活塞运动仿真研究现状 . 1 1.2 本文的主要研究内容 . 1 2 活塞组件动力学理论. 3 2.1 活塞运动学. 3 2.1.1 动力学分析假设 . 3 2.1.2 分析模型 . 3 2.1.3 控制方程 . 4 2.2 活塞环运动学 . 6 2.2.1 动力学分析假设 . 7 2.2.2 分析模型 . 7 2.2.3 活塞环运动方程. 8 2.2.4 活塞环周围气体流动 . 9 3 基于 Glide 软件的 Y
5、C6108 活塞模型建立 . 13 3.1 Glide 软件介绍. 13 3.2 YC6108 模型参数获取. 13 3.2.1 活塞、活塞环和缸套型线 . 13 3.2.2 缸内压力和温度 . 15 3.2.3 各单元质量中心及惯性矩的计算 . 17 3.2.4 活塞热态型线 . 18 3.3 建立 YC6108 模型 . 25 4 Glide 仿真结果分析. 28 4.1 活塞裙部主推力 TS 侧拉伤 . 28 4.2 活塞平稳运动及活塞裙部刮伤 . 32 4.3 窜气量与活塞环轴向和扭曲颤动的仿真计算. 33 4.4 机油消耗 . 35 结论与展望 . 37 致 谢 . 38 参考文献
6、. 39 1 1 绪 论 1.1 活塞运动仿真研究现状 目前发动机仿真软件比较多，但是专门应用于活塞研究的仿真软件却比较少。发动机研发工作，无论是对设计专家还是对试验工程师，都需要有一个高效的活塞运动分析模拟计算工具。对单体活塞和复合结构活塞的特性分析，AVL GLIDE 软件都能快速运算，并给出可信的结果。GLIDE 活塞动态模型模拟了发动机活塞的第二级运动规律，并能够对活塞/环/缸套组件进行分析。输出结果可显示活塞运动的动态部分，弹性接触力，摩擦损失和动能，从而反映了要优化的目标。诸如：减小活塞拍击噪声，降低摩擦损失和磨损，减小缸套穴蚀，降低机油消耗量等。随后的分析可以由其它软件模块得到支
7、持，比如活塞环动态分析和机油消耗模拟分析模块。进一步的噪声预测，可通过接口，与发动机结构分析中的强迫振动分析软件(AVL EXCITE 软件或者有限元程序)相联结，进行分析预测1。 日趋严格的排放法规，促使在现代发动机的开发中，如何减少机油消耗成为一个主要工作。由于往复式发动机的活塞环密封效果对漏气量和机油消耗都有主要的影响，因此，要获得一个完美的缸套组件的设计，对活塞环动态情况的精确分析计算是非常必要的。 一些程序软件只能对活塞环动态情况和机油消耗， 做出趋势计算，而 AVL 公司的 GLIDE 软件，不仅能对机油消耗做出趋势分析，还能够给出环间相互作用气压力、活塞运动、漏气量的绝对数值，并
8、在诸多项目中已得到了验证。对设计改进前后的活塞、活塞环，经该模型分析，能够了解设计改进对降低机油消耗、漏气量和摩擦力的影响。为确定作用在活塞环上的动态载荷，考虑了由惯性因素、摩擦因素及燃烧室气体经环的迷宫窜入曲轴箱的气体流动因素形成的力和力矩的影响。由于活塞环的动态情况还受到活塞径向运动和倾斜运动的影响，所以，还需要借用活塞动态计算的结果1,2。 1.2 本文的主要研究内容 本文利用 AVL Glide 软件建立 YC6108 活塞组的仿真模型，通过调整活塞销孔2 偏心位置和活塞与气缸套的间隙，从而对活塞的二阶运动进行优化，并对漏气量和机油消耗进行仿真分析。 AVL Glide 软件建立 YC
9、6108 活塞组的仿真模型需要缸内压力和温度随转角的变化关系，本文利用 Boost 软件建立 YC6108 发动机的仿真模型，算出缸内压力和温度参数，作为 Glide 软件的仿真条件；同时对于活塞热态型线的优化， 可以借助 UG3.0 建立 YC6108 的模型， 并用 PARASOLID 格式输入到 ANSYS中算出 1/4 活塞耦合场的应变，为活塞型线优化提供依据。 3 2 活塞组件动力学理论 2.1 活塞运动学 活塞动力学分析的目的是在设计阶段对活塞的性能进行预测，并在优化阶段作为活塞改进的参考。 2.1.1 动力学分析假设 活塞的动力学3,4分析模型应该满足如下假设: a. 用活塞和缸
10、套多项式来拟合各自热态表面轮廓， 从而简化计算， 仅列出主推力侧及副推力侧形成的平面的动力学方程。 b. 活塞在径向方向作为弹性体处理， 通过导入活塞的刚度矩阵来模拟某一作用力下的径向变形。 c. 所有活塞环被当作一个当量环处理。 d. 根据经验，假设活塞环与缸套、活塞与缸套、活塞环与活塞槽、活塞销处的摩擦损失为发动机摩擦平均有效压力的 70 %。 2.1.2 分析模型 活塞动力学分析模型如图 2.1 所示，由二维的活塞、活塞销、连杆和曲轴组成。 4 1 .活塞 2 . 缸套 3 . 活塞销 4 . 连杆 5 . 曲轴 图 2.1 分析模型 在下行程中，活塞顶部承受燃气爆发压力，连杆作为二力构件受压，其对活塞的反作用力，使活塞与缸套之间产生一个侧向推力，此侧为主推力侧(TS)；与之相反在上行程中，活塞组惯性力使连杆受拉，其对活塞的反作用力，使活塞与缸套之间产生一个侧向压力，此侧称为副推力侧(ATS) 。笔者分析的重点是活塞的动力学
