【正文】 mum displacement of the piston does not exceed the permissible range, the design can meet the actual engine operating conditions.Key words Piston 。對(duì)改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，將計(jì)算所求得的最高爆發(fā)壓力和對(duì)應(yīng)的加速度所產(chǎn)生的慣性力作為活塞最危險(xiǎn)工作情況，利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力分析，得出活塞應(yīng)力云圖和變形云圖，根據(jù)分析結(jié)果，活塞的最大應(yīng)力和最大位移并沒(méi)有超出允許范圍,本設(shè)計(jì)滿足了改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況。柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用中，固定式柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)各作業(yè)機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，如用于發(fā)電、農(nóng)副產(chǎn)品加工等固定作業(yè)；移動(dòng)式柴油機(jī)構(gòu)成拖拉機(jī)或各種自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械帶動(dòng)作業(yè)機(jī)械或工作部件進(jìn)行作業(yè)，如用于耕整、播栽、中耕、噴霧、施肥、收獲等田間移動(dòng)作業(yè)，同時(shí)，還承擔(dān)著農(nóng)田基本建設(shè)中的挖掘、推土、鏟運(yùn)、平整、開(kāi)溝和農(nóng)用運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌；钊莾?nèi)燃機(jī)的重要零部件之一，其結(jié)構(gòu)和所處的工作環(huán)境十分復(fù)雜。原S195柴油機(jī)分隔式燃燒室改為直噴式燃燒室后，活塞所承受的最高燃燒壓力和最高溫度將增大，這有可能使原來(lái)的活塞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能與之相適應(yīng)，產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力可能導(dǎo)致活塞破壞，活塞的工作壽命縮短。1 直噴式S195柴油機(jī)熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程計(jì)算是以理想的混合循環(huán)加熱方式作為出發(fā)點(diǎn)，并假定其中的幾個(gè)過(guò)程的始終點(diǎn)是以活塞上下死點(diǎn)為準(zhǔn)，求出各特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。（2）柴油機(jī)動(dòng)力計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算均需用本估算獲得的示功圖作為基礎(chǔ)。通過(guò)調(diào)整這么參數(shù)的范圍，使最終得出的Ne與 pe與原始參數(shù)不超過(guò)1％,這樣選定了以上參數(shù)。根據(jù)以上表格可畫(huà)出S195柴油機(jī)示功圖如下：圖1 S195柴油機(jī)示功圖 動(dòng)力計(jì)算連桿長(zhǎng)度 l=曲柄半徑 r=曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比曲軸旋轉(zhuǎn)角速度活塞平均速度 表2運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)角φ(deg)活塞位移x(mm)活塞速度v(m/s)活塞加速度a(m/s)0102030405060708090100110120130140150續(xù)曲軸轉(zhuǎn)角φ(deg)活塞位移x(mm)活塞速度v(m/s)活塞加速度a(m/s)160170180 圖2活塞位移曲線 圖3活塞速度曲線 圖4活塞加速度曲線柴油機(jī)最大爆發(fā)壓力發(fā)生在大約曲軸轉(zhuǎn)角7176。熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力迭加可導(dǎo)致活塞破壞，而熱變形與機(jī)械變形迭加可導(dǎo)致拉缸，因此對(duì)活塞的材料有非常特別的要求。如：活塞環(huán)端面進(jìn)行化學(xué)鈍化處理，則活塞應(yīng)選用AEB5型共晶鋁(5%的Cu含量)作材料，且對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行磷化處理。日本豐田汽車(chē)公司的發(fā)動(dòng)機(jī)已廣泛采用這種材料，美國(guó)公司還研制出用以制作汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的發(fā)泡石墨?！?。）、直口型（β=90176。燃燒室主要結(jié)構(gòu)尺寸是喉口直徑dk及深度h，dk與h基本上決定了燃燒室的容積Vk。而且Vk/Vc增加，使燃燒室的相對(duì)散熱面積減小，擠流加強(qiáng)，有利于混合氣形成和燃燒。 （2）活塞環(huán)的選取 第一道氣環(huán)采用氣密性、磨合性能較好的桶面環(huán)，第二、三道環(huán)采用錐面反扭曲環(huán)，其接觸線改變?cè)诃h(huán)的下棱緣，刮油效果好，能有效控制機(jī)油。所以第一環(huán)岸高度一般比其余環(huán)岸大一些。(2)銷(xiāo)座間隔b 銷(xiāo)座間隔一般從下表先取表4銷(xiāo)座間隔銷(xiāo)座形式b/D普通銷(xiāo)座0．35~0．45階梯銷(xiāo)座b1/Db2/D~~本設(shè)計(jì)的活塞的銷(xiāo)座為普通銷(xiāo)座, 選b/D=, 即b ==36mm表5 活塞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果(kgf/cm2)許用值(kgf/cm2)活塞頂機(jī)械應(yīng)力σu 500第一環(huán)岸 彎曲應(yīng)力σw 剪切應(yīng)力 τ 總應(yīng)力 σ 64．5262．0300~400續(xù)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果(kgf/cm2)許用值(kgf/cm2)裙部比壓q1 5~8符號(hào)說(shuō)明pz —— 最高爆發(fā)壓力D1 —— 活塞頭部?jī)?nèi)徑 —— 活塞頂厚度D ——缸徑h1 ——第一環(huán)岸高度H2 ——裙部長(zhǎng)度Pz ——最高燃?xì)庾饔昧 —— 活塞銷(xiāo)直徑 ——銷(xiāo)座的工作長(zhǎng)度 有限元法在科技和工程領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，這種數(shù)值方法的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域必將被進(jìn)一步拓寬。不過(guò)實(shí)際上發(fā)現(xiàn)許多問(wèn)題無(wú)需非得知道解析的精確解，只需求出近似的數(shù)值解就可以了，而我們可以保留問(wèn)題的復(fù)雜性，利用數(shù)值計(jì)算方法求得問(wèn)題的近似數(shù)值解。因此，用Pro／E軟件建立活塞的三維實(shí)體模型。本文采用20節(jié)點(diǎn)4面體單元solid95劃分活塞網(wǎng)格，由于活塞形狀復(fù)雜，因此采用自由網(wǎng)格劃分設(shè)置smart size值為7，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖7所示。（1) 活塞頂所受的氣體壓力，其數(shù)值等于活塞的上部的燃?xì)鈮毫χ禍p去，活塞受到的環(huán)岸處的氣體的壓力由于對(duì)稱(chēng)的要求可以忽略掉，其余的活塞部分受到的氣體的壓力時(shí)十分小，.（2)由于動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)做功時(shí)活塞會(huì)有加速度產(chǎn)生，活塞質(zhì)量的存在必然會(huì)引起活塞整體的往復(fù)慣性力，慣性力以活塞加速度的形式施加在整個(gè)模型上，活塞運(yùn)動(dòng)加速度在動(dòng)力計(jì)算時(shí)已求得，為a=。（1）協(xié)調(diào)單位的轉(zhuǎn)化 對(duì)于結(jié)構(gòu)分析，這里的基本物理量有三個(gè)：長(zhǎng)度、質(zhì)量和時(shí)間，對(duì)于熱問(wèn)題，還應(yīng)該加上溫度，其他類(lèi)型問(wèn)題可能還有相應(yīng)的基本物理量；其余物理量的單位必須由這些基本物理量的單位導(dǎo)出，而不能人為規(guī)定。（e6表示106）（3）銷(xiāo)座內(nèi)孔上表面約束的施加過(guò)程1）建立局部坐標(biāo)系按以下菜單點(diǎn)擊： Workplane – local coordinate systems – create local cs—specified loc + ，出現(xiàn) create cs at location 對(duì)話框，輸入銷(xiāo)座軸線y坐標(biāo)0，90，0 點(diǎn)擊OK，進(jìn)入create local cs at specified location 在type of coordinate system后選擇cylindrical 1,即柱坐標(biāo)系，rotation about lacal y中輸入90 ，點(diǎn)擊OK，建立了位于銷(xiāo)座軸線處的柱坐標(biāo)系。最后在面上施加表面壓力。加載后載荷如圖8所示 3．3．3有限元分析結(jié)果活塞工作時(shí)受到氣體的爆發(fā)壓力和往復(fù)慣性力的作用，它們的共同特點(diǎn)是都沿著活塞的軸線方向作用，所以活塞的軸線方向承受著極大的載荷。圖9活塞應(yīng)力分布另外,活塞加強(qiáng)筋與活塞的頂部相連的部位也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況如圖10,但其應(yīng)力值同樣小于活塞材料的許用的應(yīng)力值260MPa。因此，如圖11所示，圖中網(wǎng)格線代表變形前的活塞位置。鄭老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、