[發(fā)明專利]一種對低速柴油機(jī)氣缸套進(jìn)行形狀優(yōu)化的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910200560.0
• 申請日: 2009-12-23
• 公開（公告）號: CN101710354A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉利軍;宋雅麗;董晶瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 滬東重機(jī)有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F02F1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 周濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及氣缸套結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是涉及大功率船用低速柴油機(jī)氣缸套的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。?

背景技術(shù)

氣缸套嵌在氣缸體內(nèi)，與氣缸蓋、活塞組共同構(gòu)成柴油機(jī)的工作循環(huán)空間，其形狀是一個承受內(nèi)壓及溫度應(yīng)力影響的不等壁厚圓筒。氣缸套的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2是本發(fā)明對低速柴油機(jī)氣缸套進(jìn)行形狀優(yōu)化的方法中原氣缸套的結(jié)構(gòu)示意圖。在柴油機(jī)工作過程中，氣缸套的內(nèi)表面直接受到高溫高壓燃?xì)馊紵龝r的反復(fù)沖擊作用，外表面直接或間接地受到冷卻水的沖刷和冷卻；在進(jìn)氣過程中，又受到進(jìn)入空氣的吹拂。由于在氣缸套內(nèi)壁存在溫度和壓力的波動，內(nèi)外壁間有溫度差以及氣缸套受到較大的安裝應(yīng)力等的作用下，使氣缸套承受相當(dāng)大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。?

此外，氣缸套又對活塞組的往復(fù)運(yùn)動起導(dǎo)向作用，活塞環(huán)密封壓力、摩擦力和活塞側(cè)推力直接作用在氣缸套內(nèi)表面上，使氣缸套產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和磨損。氣缸套內(nèi)表面受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕，外表面受到冷卻水的化學(xué)、電化學(xué)和空穴作用，容易發(fā)生腐蝕和穴蝕。?

因此，為了保證缸套結(jié)構(gòu)的可靠性和提高使用壽命，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時確保氣缸套有足夠的強(qiáng)度和一定的剛度，以及結(jié)構(gòu)表面具備一定的精度、光潔度和抗蝕能力。?

通過技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有氣缸套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何形狀相對比較簡單，一方面，與早期的設(shè)計(jì)思路及采取的設(shè)計(jì)手段有關(guān)；另一方面，也不是完全依照結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度需要設(shè)計(jì)的，受到當(dāng)時的制造工藝水平的限制，?使得部分設(shè)計(jì)理念難以完全實(shí)現(xiàn)。?

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和制造工藝水平的提高，復(fù)雜的造型技術(shù)已經(jīng)比較成熟，完全可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更優(yōu)、更加符合強(qiáng)度要求的氣缸套外形。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大功率二沖程低速柴油機(jī)氣缸套的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，利用本發(fā)明的方法對原有設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，最終獲得一個更為合理的氣缸套幾何外形，并有效地降低了缸套的重量，節(jié)約了材料和鑄造成本。?

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：?

一種對低速柴油機(jī)氣缸套進(jìn)行形狀優(yōu)化的方法，該方法先對原設(shè)計(jì)的低速柴油機(jī)氣缸套的形狀建模后進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果對原有設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)修改，最終獲得更為合適的氣缸套幾何外形。?

進(jìn)一步的，本發(fā)明對低速柴油機(jī)氣缸套進(jìn)行形狀優(yōu)化的方法包括如下詳細(xì)步驟：?

①對現(xiàn)有的低速柴油機(jī)氣缸套的特征參數(shù)和特性抽取，將氣缸套的關(guān)鍵尺寸參數(shù)化，建立氣缸套的三維原始模型；?

②將步驟①所述的三維原始模型轉(zhuǎn)化為有限元分析模型，對缸套不同部位的壁厚參數(shù)化；?

③對缸套內(nèi)的活塞組進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，確定缸套受到的活塞沖擊力；?

④將步驟③中得到的活塞沖擊力施加于氣缸套，并對氣缸套進(jìn)行有限元分析；?

⑤優(yōu)化氣缸套的壁厚，并對優(yōu)化壁厚后的氣缸套進(jìn)行有限元分析，檢查應(yīng)力結(jié)果；?

⑥保存氣缸套的優(yōu)化結(jié)果，并將該結(jié)果反饋給原始模型。?

在本發(fā)明中，所述步驟③中氣缸套所受到的沖擊力的計(jì)算過程是：?

位移：x=R[(1-cosα)+λ4(1-cos2α)]]]>

速度：v=Rω(sinα+λ2sin2α)]]>