[发明专利]一种可延长活塞使用寿命的筛选方法

说明书

本发明公开了一种可延长活塞使用寿命的筛选方法，该方法的具体步骤包括：建模、分析、比对、改进和验证，通过该方法比对、分析和筛选得到的活塞在保证力学性能的情况下使用寿命更长。

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体是一种可延长活塞使用寿命的筛选方法。

背景技术

活塞是汽车发动机汽缸体中作往复运动的机件，活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。

现有技术中的活塞主要有以下问题：第一、由于活塞支撑环与气缸摩擦力大，活塞环使用寿命短问题；第二、由于活塞支撑环与气缸摩擦力大，活塞支撑环有磨损，活塞支撑环与气缸间隙增大，活塞环与气缸间隙增大，导致活塞做功效率下降；第三、由于活塞支撑环有磨损，活塞下沉，导致活塞杆与填料摩擦加大，填料密封性能大大降低。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种可延长活塞使用寿命的筛选方法，使筛选得到的活塞在保证力学性能的情况下使用寿命更长。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种可延长活塞使用寿命的筛选方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

步骤一、建模

基于SolidWorks平台建立活塞的近似模型后，对活塞的模型进行去除倒角、连接孔和定位孔，然后在活塞外嵌套一个气缸，采用有限元分析法将套有气缸的活塞分割成有限数量的单元，然后根据实际工况输入分界条件，得到计算的结果并对结果加以分析验证；

步骤二、分析

对活塞有限元模型设置相应的约束和载荷后进行静力学分析和模态分析；

步骤三、比对

根据静力学分析得到的形变数值、应力数值和应变数值与原材料活塞数据进进对比，如果数值小于或接近原材料数据，应力数值小于材料应力值范围，则符合设计要求，如数值大于原材料数据进行下一步工作。

步骤四、改进

根据原材料活塞数据与静力学分析得到的形变数值、应力数值和应变数值进行比对后，加强形变处的壁厚或在形变量较大的位置处加上加强筋；

步骤五、验证

将改进之后的活塞重复步骤二的静力学分析，以此类推，确保步骤三比对之后形变数值、应力数值以及应变数值合格，最终输出优化后的设计模型。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，有限元分析法是将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表示。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，活塞的近似模型包括轮毂、盖板、外圈和加强筋四个部分。

作为本发明的进一步优选，步骤二中，静力学分析计算应力、应变与最大形变量。

作为本发明的进一步优选，步骤二中，模态分析计算活塞前6阶振型。