某型柴油機氣缸套的三維有限元分析

寧寧+付雨霞

摘 要：隨著柴油機強化度越來越高，工作環境越來越惡劣。因此，利用常規方法與三維有限元分析方法對某型柴油機的氣缸套進行強度分析，并提出相應的改進與預防措施。

關鍵詞：柴油機；氣缸套；有限元

中國分類號：664.6 文獻標識碼：A

Abstract： Along with the strengthening of the diesel engine is getting higher and higher， the working environment is gradually deteriorating and it is very important to make strength analysis for the cylinder liner of model engine by the common method and 3D-FEM， and put forward the corresponding improvement and preventive measures.

Key words： Diesel engine； Cylinder liner； Finite element

1 前言

隨著柴油機的轉速不斷提高，對零部件的強度、可靠性要求也不斷提高。氣缸套與活塞頂及氣缸蓋共同組成內燃機的燃燒空間。在柴油機工作過程中，氣缸套在承受機械負荷的同時， 還承受熱負荷。柴油機氣缸套是柴油機零部件中處于最惡劣的工作條件的零件之一，因此利用常規方法與三維有限元分析方法對柴油機的氣缸套進行相關的強度對比計算分析，并根據計算分析的結果提出相應的改進與預防措施。

2 根據《船用柴油機設計手冊》進行氣缸套計算

2.1 缸壁強度計算

4 結論與建議

根據三維有限元分析計算結果表明：該型氣缸套其第1階頻率為1 091.3 Hz，與上文計算所得出的自振頻率1 051.3 Hz偏差約為3.8%，模擬計算結果與理論計算值基本一致。該型氣缸套能較好地防止穴蝕的產生。

當曲軸轉角為386°CA（做功沖程）時，氣缸套上方有高應力區存在。當曲軸轉角為659°CA（排氣沖程）時，缸套外側與機體內腔形成的冷卻水通道處也存在高應力區域。當冷卻水溫度下降，高應力區域將明顯加大，在位置3容易產生裂紋。

使用三維有限元分析結果表明：氣缸套裂紋損傷位置與存在漏裂現象的實物是基本相同，均出現在外壁溫度低而內面溫度最高而冷卻水流速較大的區間，使得局部冷卻效果特別強烈而導致溫度較低。氣缸套冷卻水進機溫度過低或未經預熱柴油機帶負荷啟動，氣缸套外圓容易嚴重積水垢，形成氣缸套內、外壁之間大的溫度差，外壁圓周產生過大的拉應力，是導致氣缸套裂紋損傷的主要原因。

針對上述類型的問題，提出以下改進與預防措施：

（1）柴油機應進行預熱運轉，待內循環冷卻水和潤滑油溫度上升至45 ℃左右時，才允許逐級加負載運行；

（2）內循環冷卻水溫不能過低，應保證出柴油機的冷卻水溫度在70 ℃以上；

（3）可增設缸套水和潤滑油的預熱（至60 ℃～65 ℃）循環裝置。

參考文獻

[1]陳大榮.船舶柴油機設計[M].國防工業出版社，1980.

[2]船用柴油機設計手冊（五）船用柴油機主要零部件[M].國防工業出 版社，1982.endprint