发动机活塞热分析 - 图文(4)

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图2.5

活塞顶部碰撞

2.1.6销孔内侧压裂

销孔内侧压裂的特征为销孔内侧出现裂纹，严重时裂纹沿销座扩展至活塞顶部。造成销孔内侧压裂的原因有：1.供油量过多，点火或供油提前角过大。2.不适宜的燃油。3.增压压力过高。4.超负荷运行等因素引起过大机械负荷将销孔压裂。

活塞顶所承受的气体压力通过活塞销孔和活塞销传给连杆，由于结构上的限制，活塞销直径不可能超过活塞直径的40%。活塞销的承压面积还要在活塞销孔与连杆小头衬套之间合理分配，结果不论在活塞销孔与活塞销之间，还是活塞销与连杆之间，承压面积都极为有限，表面上的比压是内燃机所有零件中最高的。加上活塞销与活塞销孔或活塞销与连杆小头衬套之间的相对运动速度很低，液体润滑的油膜不易形成，容易在活塞销孔表面产生干摩擦，造成损坏。

图2.6

活塞销孔损伤

销孔内侧压裂主要是由于作用在活塞销孔处的机械应力过大，超过了活塞材料的抗拉强度及屈服疲劳强度，同时过大的机械应力也破坏了活塞销孔表面的润滑油膜，活塞销孔表面先被拉毛，失效继续扩展，直到活塞销和销孔之间咬死，再在顶部压力的作用下，销孔开裂并发展到整个销孔座破碎。这是活塞销孔失效模式中最严重的一种，也是危害最大的，严重时活塞销子失去控制，轴向窜出打碎缸套以至缸体，导致整个发动机

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报废。

2.1.7销孔两侧四点划伤

销孔两侧四点划伤的主要特征就是活塞销孔两侧裙部拉伤。造成四点划伤的原因：1.冷却故障，冷却液温度过高或过低。2.超负荷运行。3.不适当的连续冷启动。4.大负荷工作后马上停车。5.长期低负荷运行。6.全浮式连接活塞销，销与销孔配合过紧或在连杆衬套中卡住。7.半浮式连接活塞销，销与销孔配合间隙过小。

销孔拉伤卡死的故障会严重影响发动机的正常运行。销孔与活塞销配合间隙小，销孔直径有在下差的情况，如果活塞销正好在上差，两者配合间隙小，运行时会因摩擦产生过热抱死。润滑不良造成活塞销与销孔形成的油膜不充分，运行时干磨，造成销孔划伤。

随着发动机功率的提高，必然会使发动机缸内燃气温度的升高，将导致组成发动机燃烧室受热零件热负荷的增加，并且使受热零部件的材料强度和硬度急剧下降，严重的将产生烧蚀或熔化现象，这极大的影响了发动机运行的可靠性和寿命。故而针对发动机活塞的热分析及试验成为研究发动机活塞的重要课题。

2.2 发动机活塞热分析实验调研

发动机活塞是在气缸中做往复运动，不断接受燃气爆发的能量，从而使功率不断输出的重要零件。活塞直接接触高温燃气，顶部表面工作温度高达300~ 360度，高温使活塞受热膨胀而在内部产生热变形和热应力，使活塞材料，硬度和强度降低。热应力和热变形将影响活塞与缸套摩擦副的正常润滑，造成摩擦力增大、磨损加剧, 甚至导致活塞环胶接、活塞与气缸咬合以及拉缸等。而活塞的热应力首先取决于活塞温度和温度梯度的分布, 因此对发动机活塞温度的正确实测, 获得精确的活塞传热边界条件和放热系数，从而对活塞进行三维温度场分析，了解活塞的热负荷状态和热应力分布情况，进而为降低热负荷，改善热应力分布和改进设计，提高内燃机的性能与可靠性提供必要的理论依据，具有十分重要的意义。

迄今为止,要实际测试活塞在各个工况下的温度，是比较困难的。目前在活塞温度场的测试中，测试方法有易熔合金法、硬度标定法、接触式热电偶测温法、非接触互感式测试法、红外遥感测试法和存储测试技术等。

2.2.1 接触式热电偶测温法（精度：最高可至±0.01℃）

热电偶法是利用热电效应（将两根不同的金属导线的两端分别连接起来，形成一个闭合回路。若在其一端加热，另一端冷却，则导体中将有电流流过）来测试活塞温度的一种方法，这种方法不仅可靠、精度高、响应快、寿命长，而且可以方便地测试各种工况下的活塞温度。

通过热电偶导线把活塞温度传至发动机外，属于接触式测量，需要有专门的机构把热电偶导线引出发动机。在该测试方法中, 热接点要求尽量靠近被测表面，与接触表面

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热接触良好，热阻抗要小，并且有气密性。当然, 热电极除了在热接点处有良好的电接触外，其它地方不应有短路现象。热接点的形成最常见的有压接法和焊接法。

该方式具有测量可靠，寿命长，体积小，精度高（单热电偶的静态标定精度可达±0.01℃），体积小对温度场的干扰小（热接点d<0.1mm）的特点，但是也存在着信号引出困难造成的结构复杂，容易发生故障，且有冷端补偿问题。

2.2.2 非接触互感式测试方法（精度：±1.5% or ±1.5℃）

该方法采用互感耦合原理, 利用感温元件的阻值随温度的变化而变换的特性而进行测量运转在不同工况下的发动机活塞温度。

这种方法没有冷端温度补偿的问题（在热电偶测温法须冷端补偿）。由于铂电阻温度计具有精度高、稳定性好的特点，一般采用铂电阻温度计。且体积较大，对温度场有一定干扰，可靠性相对热电偶测温法较低。因此可以与接触式热电偶测温法协同使用，作为热电偶测温方法的冷端补偿元件，提高温度场测量精度。

2.2.3 红外遥感测量系统（精度：最高可至±0.01℃）

红外遥感测量系统是一种将热电偶信号转换成电信号通过红外遥感装置输出缸外的测试系统。该系统精度高、抗干扰能力强，是比较理想的内燃机活塞温度测试系统。

其工作方式和原理是，在活塞预测部位布置好热电偶，通过热电偶将测点的温度变成电压信号后，再用电压/频率转换器使之转变成为频率信号，频率信号驱动红外发光二极管发送红外光脉冲；在接收端，光敏三极管接收红外光脉冲，经反变换之后，通过接收器记录的电压值反映出测点的温度值。

这种方法依靠38kHz固定频率的红外线进行数字信号的传输，具有极强的抗干扰能力。红外线穿透性高，信号传输可靠，稳态温度场的精度较好。并且能够进行连续信号（例如瞬态信号）的传输。该系统使用热电偶传感器，需要进行冷端补偿。

2.2.4 存储测试技术（精度：最高可至±0.01℃）

活塞温度场存储测试系统包含数据采集、存储模块和数据解读模块两大部分。在数据采集、存储模块中，热电偶将温度信号变换成电压信号，通过放大器进行放大，利用A/D转换器，将模拟信号转换成单片机可以认识的数字信号，进入单片机，单片机将数字量化后的温度值以及通道等其它的信息装配成一个自定义的数据包，存储到专用的存储器中，待停机后读取数据。在数据解读模块中，利用单片机读取专用存储器中的数据，并通过RS232协议和上位机进行串行通信，实现数据的解读和后处理。

这种测试方法不能实现实时测量，存储器在高温、活塞拍击条件下，存储的数据容易丢失，并且完全是一次性使用设备。由于使用热电偶传感器，需要进行冷端补偿。

以上四种方法是非常规的电测量温度场试验方法，这些方法具有精度高，可靠性好，响应速度快等特点，因此成为现代温度场试验的首选方法。同时这些方法也有 …… 此处隐藏：2677字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……