柴油機(jī)氣缸套變形分析

0內(nèi)孔變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒排放的影響氣罐是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一。它的產(chǎn)品性能直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)境保護(hù)和安全。它在加工和裝配后,都會(huì)形成一定程度的變形,引起密封不良?xì)飧滋變?nèi)孔變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒排放,可靠性等都有重要影響。性能方面:氣缸套內(nèi)孔變形大的發(fā)動(dòng)機(jī),由于活塞環(huán)不能很好密封,機(jī)油容易竄入燃燒室熱解裂化產(chǎn)生顆粒,導(dǎo)致其顆粒排放水平差,很難達(dá)到對(duì)顆粒排放要求嚴(yán)格的國(guó)3或國(guó)4排放的要求;并且燃燒室燃?xì)馊菀赘Z入曲軸箱,做功的燃?xì)庑孤?huì)導(dǎo)致燃油消耗率不理想。可靠性方面:氣缸套內(nèi)孔變形大的發(fā)動(dòng)機(jī)容易耗機(jī)油、竄氣及磨損缸套,導(dǎo)致新品開發(fā)進(jìn)度慢及批產(chǎn)投放市場(chǎng)后三包維護(hù)費(fèi)用大。為制造出性能、排放達(dá)標(biāo)及可靠性優(yōu)異的發(fā)動(dòng)機(jī),必須開展缸孔變形的研究及優(yōu)化工作。1缸套內(nèi)孔配合間隙的檢測(cè)本次試驗(yàn)共采用兩種機(jī)型,分別為11L機(jī)和8.9L機(jī),前者支承肩處為間隙配合,后者支承肩處為過盈配合。試驗(yàn)時(shí)分別檢測(cè)缸套在自由狀態(tài)下、壓裝后無(wú)預(yù)緊力狀態(tài)下,150Nm預(yù)緊力和260Nm預(yù)緊力等狀態(tài)的缸套內(nèi)孔尺寸,每種狀態(tài)檢測(cè)上下檢測(cè)12個(gè)截圓,每個(gè)截圓圓周均布檢測(cè)12個(gè)點(diǎn)(15°/個(gè)),共檢測(cè)144個(gè)點(diǎn)。壓裝前使用外徑千分尺和內(nèi)徑千分表分別檢測(cè)缸套支承肩外圓直徑和缸體沉孔內(nèi)徑,計(jì)算其配合間隙。試驗(yàn)使用加長(zhǎng)內(nèi)徑千分表檢測(cè)內(nèi)孔直徑,每檢測(cè)一個(gè)方向使用環(huán)規(guī)校對(duì)一次內(nèi)徑千分表,檢測(cè)誤差保證在0.002mm以內(nèi)。2預(yù)緊力對(duì)壓力的影響壓裝后無(wú)預(yù)緊力與自由狀態(tài)對(duì)比,目的是分析壓裝引起的變形;150Nm預(yù)緊力與壓裝后無(wú)預(yù)緊力對(duì)比,目的是分析施加部分預(yù)緊力時(shí)缸套在預(yù)緊力下引起的變形;260Nm預(yù)緊力與壓裝后無(wú)預(yù)緊力對(duì)比,目的是分析施加全部預(yù)緊力時(shí)缸套在預(yù)緊力下引起的變形。3試驗(yàn)位置的示意圖4數(shù)據(jù)分析4.11氣缸套壓入機(jī)體的影響該機(jī)型為上支承,上下環(huán)帶為配合面,因此氣缸套支承肩與缸體沉孔處為間隙較大,具體間隙分布見圖5;氣缸套上環(huán)帶與缸體配合為間隙配合,配合間隙為0.014-0.057mm;氣缸套下環(huán)帶與缸體配合為間隙配合,配合間隙為0.043-0.101mm。由于該機(jī)型整體配合都為間隙配合,因此氣缸套在壓入機(jī)體后最大變化只有0.006mm,大部分都在0.002mm以內(nèi),考慮到檢測(cè)誤差,可以認(rèn)為氣缸套裝入機(jī)體后內(nèi)孔沒有發(fā)生變化,具體見圖6。如圖7所示,施加150Nm預(yù)緊力對(duì)距大端10mm處(退刀槽)影響最大,整體變小,變化規(guī)律呈橢圓形狀,30°處為橢圓長(zhǎng)軸,120°處為橢圓短軸,最大變化量為0.014mm。距上端15mm和22mm處變化趨勢(shì)和距上端10mm處相同,但距上端200mm、220mm和250mm處與上端正好變化方向相反。如圖8所示,施加260Nm預(yù)緊力后缸套內(nèi)徑變化趨勢(shì)和施加150Nm時(shí)相同,但使其變化更離散。距大端距離150mm以下幾個(gè)截圓內(nèi)孔尺寸0°時(shí)最小,然后開始逐漸變大,至75°時(shí)內(nèi)孔尺寸最大,75°以后開始逐漸變小。內(nèi)孔在45°和135°時(shí)尺寸變化在0.002mm以內(nèi)。4.28.缸套內(nèi)孔尺寸的變化該機(jī)型為中支承,依靠支承肩外圓進(jìn)行配合,其設(shè)計(jì)為過渡配合,最大間隙為0.12mm,最大過盈為0.058mm。本機(jī)型共進(jìn)行兩輪試驗(yàn),第一輪試驗(yàn)時(shí)缸體沉孔橢圓0.076mm,因此造成配合后最大間隙和最大過盈量都在0.04mm以上。如圖9所示,距大端10mm、15mm、30mm、40mm和80mm等上部幾個(gè)截圓在缸套壓入缸體后內(nèi)孔隨缸體沉孔的大小發(fā)生變化,變化幅度幾個(gè)截圓從上至下依次減小;距大端100mm、110mm、120mm和130mm等幾個(gè)截圓基本不隨上部沉孔尺寸發(fā)生變化;距大端170mm和225mm處最下端兩個(gè)截圓內(nèi)孔變化趨勢(shì)與缸體上部沉孔尺寸變化相反。如圖10所示,施加150Nm預(yù)緊力后,缸套內(nèi)孔尺寸發(fā)生了較大變化,距大端10mm、15mm和20mm幾個(gè)截圓在0°和15°最大,然后逐步變小,在75°是內(nèi)孔直徑最小,然后再開始慢慢變大。距大端130mm、170mm和225mm三處截圓處內(nèi)孔尺寸變化和上面幾個(gè)截圓相反。如圖11所示,施加260Nm預(yù)緊力后,缸套內(nèi)孔變化趨勢(shì)和圖10相似,只是變化幅度所有增加。第二輪試驗(yàn),缸套壓入缸體不施加預(yù)緊力時(shí),內(nèi)孔變化趨勢(shì)基本和第一輪試驗(yàn)相同,在75°前缸套內(nèi)孔變小了,30°時(shí)內(nèi)孔最小,在75°之后內(nèi)孔變大,120°內(nèi)孔最大。施加150Nm和260Nm預(yù)緊力后,其變化規(guī)律沒有第一輪明顯,但每一個(gè)截圓的尺寸變化范圍有所減小,這可能和缸體進(jìn)行疲勞試驗(yàn)后應(yīng)力重新分布有關(guān)。5孔加工和預(yù)緊力對(duì)缸套與孔套的影響(1)間隙配合時(shí)缸套壓入缸體后內(nèi)孔尺寸基本不變形,而過盈配合時(shí)雖然濕式缸套壁比較厚,但缸套壓入缸體后缸套仍會(huì)隨缸體孔的橢圓而發(fā)生變化。因此,設(shè)計(jì)為過盈配合的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體孔加工精度尤為重要。(2)施加預(yù)緊力后,間隙配合的缸體,其缸套隨預(yù)緊力發(fā)生變化的幅度小,基本都在0.01mm以內(nèi),而過盈配合的缸體,其缸套隨預(yù)緊力發(fā)生變化的幅度大,基本都在0.03