缸套穴蚀的分析.ppt

缸套穴蚀的分析CylinderLinerCavitationErosion1.穴蚀产生的机理柴油机的活塞和缸套有配合间隙。柴油机工作时,活塞在缸套中上下往复运动,在换向时因受燃烧气体压力和曲轴飞轮组惯性力的作用,活塞以不同的加速度在连杆摆动平面的两个方向不断地敲击缸壁☆,使缸套产生高频振动。目前较多的柴油机是采用上止口固定、下支承为配合定位加橡胶密封圈密封的方法。当缸套产生高频振动时,振动使缸套在圆周方向呈四节点振动,在纵向上呈半波振动振动使缸套外壁的循环冷却水不断交替地拉伸和压缩,形成很强的紊流。当振动足够强,即达到一定振动加速度时,冷却水的连续性被破坏，由振动等引起的气泡通常在缸套(振动面)附近,贴附在缸套外壁的小孔、裂缝及粗糙部分。冷却水流动时将其中一部分气泡带走,另一部分气泡因振动(如汽缸壁向冷却水靠贴)受压缩,使气泡周围压力升高,引起气泡爆裂。气泡破裂产生的冲击压力可用下式表示气泡在缸套表面或表面附近破裂,冲击波将连续反复地作用到缸套的极小面积上,不断碾压、熔融金属,使金属产生塑性变形,致使缸套金属表面引起急速的疲劳破坏,金属质点,特别是金属晶格中薄弱部分逐步被爆破裂和脱落,使表面形成空洞,产生空泡腐蚀(图3)2.穴蚀的主要原因分析实际柴油机在标定负荷工况运转时冷却水压变化如图4所示，能观察到在柴油机循环的特定相位有大的水压变化，其中可见在爆发上止点有最大的水压变化。将这部分放大如图5所示☆。可以断定，C一D间产生了穴蚀气泡，其后冷却水压力恢复，气泡崩裂，发生了高频冲击波。气缸套振动的激振源:使气缸体水腔侧产生穴蚀气泡的气缸套振动如图4所示在1个循环中有几个峰值。作为这种间歇振动的主要原因可以断定是活塞敲击。图7所示是用试验柴油机测量出的活塞横向运动和气缸套振动，振动的峰值都是在活塞推力侧（在气缸内作用有最高压力时活塞受横向力的方向)相反的非推力侧作用时产生的。由此可知，由于活塞横向运动和气缸套冲突而使活塞敲击缸套产生了气缸套振动。☆Thereforeanewmethodfortheanalysisofcavitationerosiondamageincylinderlinershasbeendeveloped.Thetechnique,whichisbasedontheuseofthefiniteelementmethod,providesatoolfortheengineertoinvestigatetheeffectsofdesignchangesoncavitationintensity,withoutthedirectneedforexpensivetestworkIngeneral,duetothesymmetricnatureofthegeometryandloadingaboutthemajoraxis,themodelcanbeofhalfaliner.Thishalfmodelwouldtypicallyconsistofabout50020-nodedisoparametricbrickelements.Highorder(quadratic)elementsarealwaysused,duetotheimprovedaccuracyoftheirformulationcomparedwithloworder(linear)elements.3.减少气缸套振动的措施减小激振力
为在设计阶段能对激振力进行评价，进而减小激振力，制作了如图8所示的活塞敲击分析模型。对于这种分析模型，根据敲击力的实测值和计算值一致的原则来确定各部分的摩擦力和油膜压力。由于活塞下部变形引起的弹性常数由图9所示的一半活塞的三维有限元模型计算求出。油膜作用:从计算模型可知，一活塞销附近的油膜影响非常大，总的来看，活塞销附近的油膜压力变冲击力就会大幅度增大。所以，为明确其影响，如图10(a)所示在活塞下部设置油环，用仅在活塞下部形成有效油膜的活塞作发动机运转。这时气缸套振动速度波形与标准活塞时比较如图11所示。可知由于油环阻碍了活塞销附近的油膜形成，实际上大幅度增加了气缸套振动改变缸套的结构和材料4.防止缸套穴蚀的其它措施4.防止缸套穴蚀的其它措施4.防止缸套穴蚀的其它措施4.防止缸套穴蚀的其它措施参考文献