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气缸体结构和作用气缸体是内燃机中一个非常重要的组成部分，它承载着很多功能。
气缸体通常由灰铸铁、铝合金或镁合金制成，它的设计和制造过程需要非常高的精度和工艺。
本文将介绍气缸体的结构和作用，帮助读者更好地理解汽车发动机的工作原理。
首先，气缸体的结构主要包括气缸孔、水道、活塞环槽、水泵孔等几个关键部分。
其中，气缸孔是内燃机燃烧室的重要组成部分，它通过高温高压燃烧气体的作用，将化学能转化为机械能。
气缸孔的内壁非常光滑，以减少摩擦损失和内漏，保证发动机的高效运转。
其次，气缸体还有一个重要的作用就是散热。
在发动机工作时，气缸体会承受高温高压的燃烧气体，因此需要通过外部的冷却系统来散热，保持发动机的工作温度在合理范围内。
气缸体内设计有多条水道，冷却液通过这些水道流经气缸体，吸收燃烧产生的热量，然后通过水泵循环进行散热。
这样可以有效地保护发动机不受过热的损害。
此外，气缸体还有一个重要的作用就是支撑活塞运动。
汽车发动机的活塞是在气缸孔内上下运动的，气缸体通过适当的设计和制造，可以确保活塞在工作过程中的稳定运动。
气缸体的材料和结构要足够坚固，并且保持一定的刚性和强度，以承受来自活塞的冲击力和惯性力。
最后，气缸体还负责封闭和密封燃烧室。
燃烧室是指燃烧室盖与气缸体之间的部分，这里发生着燃烧过程。
气缸体的结构和制造工艺必须确保燃烧室具有良好的密封性，以避免燃烧产生的高温高压气体泄漏到环境中，同时防止外界灰尘和水分的进入。
只有保持良好的密封性，才能确保发动机的高效运转和长期稳定工作。
综上所述，气缸体在内燃机中具有非常重要的作用。
它承载着燃烧室、散热系统和活塞运动等多个功能，保证了发动机的高效工作和稳定运转。
因此，在汽车发动机的设计和制造过程中，气缸体的结构和制造工艺都需要非常严格，以确保发动机的性能和可靠性。
只有对气缸体的结构和作用有清晰的理解，才能更好地进行发动机的维护和改进。
气缸盖的结构和分类一、气缸盖的基本结构大家好，今天我们来聊聊气缸盖。
其实说白了，气缸盖就是发动机里那个看似不起眼但超级重要的“盖子”。
它的位置就像是发动机的“脑袋”，不仅要确保气缸里的“运动员”们能顺利发挥，还得保证整个发动机的呼吸系统通畅无阻。
别小看这一个盖子，它的结构可是非常复杂的！气缸盖最上面是一个硬得像铁板一样的盖子，它能承受发动机高温高压的工作环境。
盖子里有气门座、气门导管，还有那条神奇的“气门”，它们和活塞一块儿决定了发动机的“呼吸”节奏。
气缸盖就像是发动机的“呼吸器官”，无论发动机转速如何变化，气缸盖都得确保气体能够顺畅进出，毫不拖沓。
然后，你有没有想过，气缸盖内部有个水道系统！对，就是那个用来把发动机热量带走的系统。
这也能看出来，气缸盖可不是一个单纯的盖子，它还得为发动机降温，避免一切因为过热而导致的小问题。
再说了，这个盖子不仅要工作，还得“耐操”。
它得忍受发动机启动时的剧烈震动，长期在高温、高压的环境下作战。
那可是无时无刻不在跟热量、压力作斗争呢。
所以啊，气缸盖的材质得选得特别精密。
你可能会问：那到底用啥材质好呢？答案就是铝合金或者铸铁。
铝合金轻便、耐热，铸铁则强度高、耐用，哪种都各有千秋，看你车的需求。
二、气缸盖的分类既然气缸盖这么复杂，那自然它的种类也不少。
别急，听我慢慢给你讲讲。
我们可以按照发动机的不同布局来分类。
比如说，气缸盖可以分为直列型和V型。
你想象一下，直列型的发动机就像是一排站得整整齐齐的士兵，气缸盖就是在这排士兵上方的一块“保护盾牌”。
而V型发动机呢，它就像是一群站得像V字形一样的士兵，气缸盖当然也得按照这个V字形的结构设计。
可以说，不同的发动机布局决定了气缸盖的形态，各种形状、结构不一。
再说说气缸盖的另一种分类方式，那就是按气门数来分。
你没听错，气门数可是非常关键的！普通的单顶气缸盖就配备了一个气门，而双顶气缸盖，它的气门可是双倍的。
什么意思呢？简单说，双顶气缸盖的气门布局可以更好地控制气流，提升发动机的效率。
气缸的工作原理气缸是内燃机中的重要部件，它通过气缸内的活塞来转化燃气的热能为机械能，推动发动机的运转。
下面将从气缸的结构、工作原理、气缸的种类、气缸的材质温和缸的维护等方面进行详细介绍。
一、气缸的结构1.1 气缸体：气缸体是气缸的主体部份，用于容纳活塞温和缸盖。
1.2 活塞：活塞是气缸内上下运动的零件，它通过连杆与曲轴相连，将燃气的压力转化为机械能。
1.3 气缸盖：气缸盖是气缸的封闭部份，与气缸体密切结合，起到密封气缸的作用。
二、气缸的工作原理2.1 进气冲程：活塞下行，气缸内形成负压，进气门打开，混合气进入气缸。
2.2 压缩冲程：活塞上行，气缸内混合气被压缩，形成高压。
2.3 爆发冲程：点火系统点燃混合气，燃烧产生高温高压气体，推动活塞下行。
三、气缸的种类3.1 单缸气缸：惟独一个气缸的内燃机。
3.2 多缸气缸：有多个气缸的内燃机，如四缸、六缸等。
3.3 涡轮增压气缸：通过涡轮增压器增加气缸的进气量，提高发动机的功率。
四、气缸的材质4.1 铸铁气缸：传统的气缸材质，价格便宜，但分量较大。
4.2 铝合金气缸：轻量化的气缸材质，散热性能好，但成本较高。
4.3 钛合金气缸：高性能的气缸材质，分量轻、强度高，但价格昂贵。
五、气缸的维护5.1 定期更换气缸垫片：避免气缸盖温和缸体之间的漏气。
5.2 注意发动机冷却系统：保持发动机正常工作温度，避免气缸过热。
5.3 定期更换活塞环：避免活塞与气缸壁磨损过快，影响密封性能。
总结：气缸作为内燃机的重要组成部份，其工作原理及结构对发动机的性能有着重要影响。
正确选择气缸的种类和材质，并定期进行维护保养，可以延长发动机的使用寿命，保证车辆的正常运行。
2010年3月doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2010．03．006气缸盖的有限元研究贾延林，张翼，陈少林(中北大学机电工程学院车辆与动力工程系,山西太原030051)摘要：气缸盖的结构形状与受力都很复杂，是内燃机中最易受损零件之一。
过去由于无法进行理论计算，需要进行大量的试验，多次修改才能定型。
而现在采用三维模型的有限元计算能全面地分析应力分布，减少工作量。
针对三维有限元在气缸盖上的应用，着重论述了国内外应用三维有限元研究气缸盖的发展现状及其发展趋势。
关键词：内燃机；气缸盖；有限元中图分类号：TK413．2文献标识码：A文章编号：1673-3142(2010)03-0023-03Finite Element Analysis of Cylinder Head Development Status and the TrendJIA Yan－lin ，ZHANG Yi ，CHEN Shao－lin（Department of Vehicle and Power Engineering ，Mechanical and Electronic Engineering Institute ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）Abstrac t ：The structural shape of the cylinder head and its stress is very complex．It is one of the most easily damaged parts in the internal combustion engine．In the past it can not be carried out as a result of theoretical calculations ，but needs a lot of testing and several amendments to finalize the design．Now ，using finite element analysis of three－dimensional model on stress distribution can be comprehensive．It reduces the workload．In this paper ，in view of three －dimensional finite element applications covered in the cylinder ，the application of three －dimensional finite element in study of cylinder head and its development trend both at home and abroad are mainly discussed．Keywords ：internal combustion engines ；cylinder head ；finite element收稿日期：2009－11－27作者简介：贾延林，女，山西省原平市人，在读研究生，研究方向：发动机总体技术及结构动态设计。
气缸盖工作原理汽车发动机是驱动车辆运行的核心部件，其性能直接影响着汽车的运行效率和性能。
汽车发动机主要由气缸、曲轴连杆组成，并通过气缸盖与气缸相连。
气缸盖扮演着密封气缸的重要角色，在汽车发动机中发挥着至关重要的作用。
气缸盖的基本构造气缸盖是发动机的一个重要部件，它的基本构造包括进气口、排气口、气门、气门驱动机构、润滑油通道和冷却油路等。
其中，气门是气缸盖最重要的一个组成部分，它通过气门座和气门导管固定在气缸盖上，可以实现汽缸盖与气缸之间的密封。
而气门驱动机构包括凸轮轴、摆臂、推杆、气门弹簧等，在发动机运转时可以完成气门的开启和关闭动作。
同时，为了维持发动机运作时的稳定状态，气缸盖还需要依靠冷却系统对发动机进行散热，使其不会过热而损坏。
气缸盖是发动机中最重要的封闭部件，它的工作原理主要体现在对气缸的密封性、散热和动力输出的调节上。
1.密封性气缸盖和气缸的组合依靠密封圈来完成气缸的密封，而气缸盖与气缸之间的密封则依靠气门和气门座的配合，防止燃气和润滑油的泄漏。
同时，气门驱动机构、凸轮轴等部件也需要具有精准的制造工艺，才能保证气门的开合动作不会出现误差，从而保障发动机的正常运转。
2.散热发动机在运转时，会产生大量的热量，如果不能及时进行散热处理，就会导致发动机过热，甚至损坏。
因此，气缸盖需要通过冷却系统对发动机进行散热。
具体来说，冷却液会进入气缸盖内部的水路中，夹带着发动机散热的热量，然后流经水套，进入水泵，最终通过水箱和散热片散发热量。
而气门则通过气门导管、凸轮轴形成的坑槽等进行冷却，防止燃气的高温对气门的损害。
3.动力输出发动机的动力输出依靠气缸内部的燃烧过程完成，而气门则是控制燃油和空气进出气缸的主要开关控制部件。
在发动机运转时，凸轮轴带动摆臂完成对气门的推动，通过气门的开合控制燃油和空气进入气缸内并达到适当的比例，实现燃烧产生动力输出。
同时，气门的开合程度和时间等也会对动力输出产生重要的影响，因此，气门行程和工作状态调节的精准程度也是发动机性能的关键之一。
气缸的工作原理气缸是一种常见的机械元件，广泛应用于各种机械设备中。
它的工作原理是通过压缩气体或者液体来产生力和运动。
本文将详细介绍气缸的工作原理，包括气缸的结构、工作过程以及应用领域。
一、气缸的结构1.1 气缸筒：气缸筒是气缸的主体部份，通常由金属材料制成。
它具有一定的强度和刚度，能够承受压力和运动的力。
气缸筒内部光滑平整，以减少气缸活塞的磨擦阻力。
1.2 活塞：活塞是气缸内部挪移的部件，通常由金属材料制成。
它与气缸筒之间的间隙尽量小，以确保气体或者液体不会泄漏。
活塞上通常有密封圈，用于防止气体或者液体的泄漏。
1.3 连杆：连杆是将活塞与其他机械部件连接起来的部件，通常由金属材料制成。
它能够将活塞的线性运动转化为其他形式的运动，如旋转运动。
二、气缸的工作过程2.1 吸气过程：当气缸活塞向外挪移时，气缸内部的体积增大，形成一个负压区域。
此时，外部的气体味通过进气阀进入气缸内部。
进气阀打开时，气体味被压缩，并在活塞向内挪移时被密封。
2.2 压缩过程：当活塞向内挪移时，气缸内部的体积减小，气体被压缩。
此时，进气阀关闭，防止气体逆流。
压缩过程中，气体的压力和温度会升高。
2.3 排气过程：当活塞再次向外挪移时，气缸内部的体积增大，压缩的气体被推出气缸。
此时，排气阀打开，气体从气缸中排出。
排气过程中，气体的压力和温度会降低。
三、气缸的应用领域3.1 发动机：气缸是内燃机中的重要组成部份，用于控制燃气的压缩和运动。
发动机中的气缸通常采用往复式结构，通过活塞的运动来实现气体的压缩和排放。
3.2 液压系统：气缸也广泛应用于液压系统中，用于转换液体的压力和运动。
液压系统中的气缸通常采用液压缸的形式，通过液体的压力来推动活塞的运动。
3.3 机械设备：气缸还常用于各种机械设备中，如起重机、挖掘机等。
它们通过气缸的运动来实现机械部件的升降、伸缩等功能。
四、气缸的优势和不足4.1 优势：气缸具有结构简单、工作可靠、输出力矩大等优点。
气缸的工作原理引言概述：气缸作为内燃机的核心部件之一，扮演着将燃油和空气混合物压缩、燃烧、排出废气的重要角色。
本文将详细介绍气缸的工作原理，包括气缸的基本结构、工作过程以及常见问题。
一、气缸的基本结构1.1 气缸壁：气缸壁是气缸的内壁，通常由铸铁或者铝合金制成。
它具有良好的热传导性能和机械强度，能够承受高温高压的工作环境。
1.2 活塞：活塞是气缸内部来回运动的零件，通常由铝合金制成。
它通过连杆与曲轴相连，将燃烧产生的能量转化为机械能。
1.3 活塞环：活塞环位于活塞上，主要用于密封气缸，防止燃气泄漏。
普通由铸铁或者钢制成，具有较高的耐磨性和密封性能。
二、气缸的工作过程2.1 进气冲程：在进气冲程中，活塞向下运动，气缸内形成负压，进气门打开，混合气体通过进气道进入气缸。
同时，排气门关闭，防止废气倒流。
2.2 压缩冲程：在压缩冲程中，活塞向上运动，将进入气缸的混合气体压缩，使其温度和压力升高。
进气门和排气门都关闭，确保气缸内的混合气体不会泄漏。
2.3 燃烧冲程：在燃烧冲程中，活塞接近顶点时，点火系统点燃混合气体，产生爆炸燃烧。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，同时推动连杆带动曲轴旋转，将燃烧能量转化为机械能。
2.4 排气冲程：在排气冲程中，活塞再次向上运动，将燃烧产生的废气排出气缸。
此时，排气门打开，进气门关闭，确保废气能够顺利排出。
2.5 循环重复：以上四个冲程循环进行，实现连续的燃烧和动力输出。
三、气缸的常见问题3.1 气缸漏气：气缸漏气是指气缸壁和活塞环之间的密封失效，导致燃气泄漏。
这可能会降低发动机的效率和动力输出，需要及时修复或者更换密封件。
3.2 气缸磨损：长期使用后，气缸壁和活塞表面会浮现磨损现象，导致气缸内的密封性能下降。
这可能会导致燃烧不彻底和动力减弱，需要进行磨损修复或者更换活塞环。
3.3 气缸过热：气缸过热可能是由于冷却系统故障、机油不足或者点火系统问题引起的。
过热会导致气缸变形、活塞卡涩等严重后果，需要及时检修和维护。
气缸盖的工作原理
嘿呀！今天咱们来好好聊聊气缸盖的工作原理哇！
首先呢，咱们得搞清楚啥是气缸盖呀？气缸盖呢，它就像是气缸的“帽子”一样，起着至关重要的作用呢！
你想呀，在发动机工作的时候，气缸内部会产生高温高压的气体呀！这时候，气缸盖就得扛住这些压力和热量，哎呀呀，不容易吧？
气缸盖里面有进气道和排气道呢！进气的时候，新鲜的空气通过进气道进入气缸，哇，这可太重要了！没有新鲜空气，发动机怎么有力气干活呀？
而排气道呢，就是把燃烧后的废气排出去的通道呀！这一进一出，是不是很神奇呢？
还有哦，气缸盖上还有火花塞安装孔呢！火花塞点火，引发燃烧，推动活塞运动，这可是整个动力产生的关键一步呀！
而且呢，气缸盖还得负责密封气缸呀！要是密封不好，哎呀呀，那可就麻烦大啦，会漏气，会影响发动机的性能呢！
它还得给冷却液和润滑油留出通道，让发动机能保持在合适的工作温度，也能保证各个部件得到良好的润滑呀！
你说，这气缸盖的工作原理是不是很复杂又很精妙呢？它就像是一个默默付出的幕后英雄，保障着发动机的正常运转呀！
总之哇，气缸盖虽然看起来不大，但是它的工作原理真的是超级重要呢！没有它，发动机可就没法正常工作啦！。
基于有限元方法的汽车发动机缸盖结构分析汽车发动机是汽车行驶的核心部件之一，而汽车发动机的性能与其各个零部件密切相关。
其中，汽车发动机的气缸盖作为发动机中的重要零部件之一，对于发动机的性能和可靠性起着至关重要的作用。
本文将通过基于有限元方法的汽车发动机气缸盖结构分析，探讨其设计和优化。
1. 汽车发动机气缸盖的功能及特点汽车发动机的气缸盖是一个位于汽缸体上方的零件，其作用是封闭汽缸腔，承载气缸压力和温度变化，同时保证发动机的密封性和冷却效果。
由于汽车发动机工作时需要承受高温高压的工况，气缸盖的材料选择和结构设计至关重要。
2. 有限元方法在汽车发动机气缸盖结构分析中的应用有限元方法是一种常用的结构分析方法，适用于求解复杂的结构力学问题。
在汽车发动机气缸盖结构分析中，有限元方法可以通过建立三维模型、设置边界条件和加载条件等，得到不同工况下气缸盖的应力分布和变形情况。
这可以为气缸盖的设计和优化提供有力的依据。
3. 汽车发动机气缸盖的材料选择汽车发动机气缸盖的材料选择直接影响其性能和可靠性。
常见的气缸盖材料包括铸铁、铝合金等。
不同材料在强度、成本和重量等方面存在差异，因此需要根据具体要求和预算进行选择。
4. 汽车发动机气缸盖的结构设计与优化在气缸盖的结构设计与优化中，考虑到发动机工作时的热膨胀和热应力，需要合理选择结构形式和材料。
同时，还需要充分考虑到不同工况下气缸盖的应力分布和变形情况，以提高其强度和刚度，保证其工作的可靠性和稳定性。
5. 汽车发动机气缸盖的疲劳分析汽车发动机气缸盖在长期工作过程中容易产生疲劳问题，因此需要进行疲劳分析。
通过有限元方法建立疲劳分析模型，可以预测气缸盖的寿命，并通过优化设计和改善材料来延长其使用寿命。
综上所述，基于有限元方法的汽车发动机气缸盖结构分析是一项复杂而重要的工作。
通过对气缸盖的功能、特点、材料选择、结构设计与优化以及疲劳分析等方面进行综合考虑和分析，可以帮助汽车制造商和工程师更好地设计和改进发动机气缸盖，提高汽车发动机的性能和可靠性。
气缸结构原理气缸是一种常见的机械部件，广泛应用于各种机械设备中。
气缸的结构原理对于了解其工作原理和性能具有重要意义。
本文将介绍气缸的结构原理，帮助读者更好地理解和应用这一机械部件。
一、气缸的基本结构气缸通常由气缸筒、活塞、活塞杆、密封件等部件组成。
气缸筒是气缸的主体部件，通常由铝合金、不锈钢等材料制成，具有一定的强度和刚性。
活塞是气缸中的运动部件，通常与气缸筒密封配合，能够在气缸筒内做直线往复运动。
活塞杆连接活塞和外部机构，传递活塞的运动力。
密封件用于保证气缸的密封性能，防止气缸内的气体泄漏。
二、气缸的工作原理气缸通过外部的气压力驱动活塞在气缸筒内做往复运动，从而实现对物体的推拉或压力作用。
气缸的工作原理可以简单概括为：气体通过气源进入气缸，气缸内的活塞随之受到气压力的作用而运动，完成相应的工作任务。
气缸的工作过程包括进气、工作、排气等阶段，通过控制气源的开关和气压力大小可以实现对气缸的控制和调节。
三、气缸的种类和应用根据气缸的结构和工作原理，可以将气缸分为气压缸、液压缸、气液压缸等不同类型。
气压缸通过气体的压力驱动活塞运动，适用于对速度要求较高的场合；液压缸通过液体的压力驱动活塞运动，适用于对力要求较大的场合；气液压缸结合了气压缸和液压缸的优点，具有速度快、力大的特点，广泛应用于工业自动化设备中。
气缸在各种机械设备中都有着重要的应用，如汽车发动机、工业机械、农业机械等。
在汽车发动机中，气缸是发动机的重要部件，通过气缸的工作可以实现燃油的燃烧和活塞的往复运动，从而驱动汽车前进。
在工业机械中，气缸可以实现对物体的推拉、升降、夹持等功能，广泛应用于各种生产线和装配设备中。
在农业机械中，气缸可以实现对农机部件的控制和调节，提高农机设备的工作效率和生产能力。
气缸作为一种常见的机械部件，具有重要的应用价值和工作原理。
了解气缸的结构原理可以帮助我们更好地应用和维护这一机械部件，提高设备的工作效率和性能。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解和掌握气缸的相关知识，为工程实践和应用提供参考和借鉴。
文章编号:100020909(2004)0320279209222044气缸盖中一些关键功能结构的承载机理研究Ξ张儒华,左正兴,廖日东,谈卓君(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081)摘要:借助有限元和力学等效原理等方法,对气缸盖中的一些关键功能结构的承载机理进行了深入研究。
研究结果表明:气缸盖中的喷油器护套、进排气道、气门导管座孔、中隔板和加强筋通过不同的形式,传递并分散了作用在气缸盖上的燃气爆发压力;这些结构对抑止气缸盖的整体变形、降低气缸盖的总体应力集中水平具有重要的作用;调整这些结构的特性参数可以达到对气缸盖整体和局部应力水平的有效调整。
关键词:气缸盖;承载机理;有限元;力学等效原理中图分类号:T K403131 文献标识码:AStudy on the Load 2bearing Mechanism of Some K eyFunction Structures of Cylinder H eadZHANG Ru 2hua ,ZU O Zheng 2xing ,L IAO Ri 2dong ,TAN Zhuo 2jun(School of Mechanical and Vehicular Engineering ,Beijing Instituteof Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :Using the finite element method and mechanical equivalent principle ,the load 2bearing mechanism ofsome key function structures in cylinder head of diesel engine was studied.The results showed that the jacket ofthe injector ,the inlet port ,the exhaust port ,the valve guides ,the jobbing plate and the strengthen rib couldtransfer and disperse the explosive pressure acting on the cylinder head by different mechanisms.These structureswere found to play an important role on restraining the deformation and decreasing of the stress centralization ofcylinder head.Adjusting these parameters of structures could effectively distribute the overall and local stress.K eyw ords :Cylinder head ;Load 2bearing mechanism ;Finite element method ;Mechanical equivalent principle引言气缸盖作为发动机中最重要的大型零部件之一,在发动机的设计试制中占有重要的地位。
其复杂的内部结构、严酷的使用工况,使其可靠性成为发动机设计中的技术难点,因此有必要对气缸盖的承载机理、结构型式、参数特性进行深入全面的研究。
对气缸盖承载机理的研究主要集中在以下几个方面:燃气爆发压力作用在气缸盖底板上时,机械载荷在气缸盖整体结构中是如何分布的;气缸盖的底板作为气缸盖中直接承受燃气压力的结构区域,是如何将气缸内的爆发压力传递到气缸盖的其它各结构部分。
对气缸盖中一些关键功能结构的承载机理进行研究,主要是对气缸盖中的喷油器护套、气道、气门导管座孔、中隔板和加强筋等结构在气缸盖承力机理中的作用进行研究。
当然,对于一些铸铁气缸盖,有时其热负荷较机械负荷更为严重,但本文将仅对气缸盖承受机械负荷的机理进行讨论。
Ξ收稿日期:2003209210;修订日期:2003211220。
作者简介:张儒华(1966-),男,高级工程师,博士生,主要研究方向为发动机结构设计与强度研究。
第22卷(2004)第3期 内 燃 机 学 报T ransactions of CSICE Vol.22(2004)No.31 气缸盖的基本拓扑结构———空心六面体框架结构的承载分析气缸盖内外结构复杂,若仅局限于对已有的一些气缸盖进行常规结构分析或研究,很难获得具有普遍实用意义的结论。
尤其是在现有的计算和分析条件下,想获得一个对气缸盖承载机理全面透彻且简单明了的力学解释,必须对气缸盖的内外结构进行合理、彻底的分类和简化。
为了合理地简化气缸盖结构,需要在保证气缸盖基本拓扑关系不变的前提下,将气缸盖中的各种结构分类为基本拓扑框架结构和特定的功能结构两大类。
所谓的拓扑基本结构就是指构成一个气缸盖所必须的基本框架结构,或是进行气缸盖结构拓扑运算所必须的一些基本结构的集合,例如,气缸盖周边的立墙结构应属于气缸盖的基本框架结构。
而所谓的功能结构,就是指气缸盖中具有某种具体功能特性的、在承载体系中属于中间传力结构的一些结构,或在拓扑运算中可以通过“并”运算加入气缸盖基本拓扑框架结构中的一些结构的集合,例如,气缸盖中的进、排气道、喷油器护套和气门导管座孔等结构均应归类于气缸盖的功能结构之中。
以上述气缸盖基本拓扑框架结构作为分析基础,通过将简化过程中被“差”去的各功能结构逐步地“并”入基本拓扑框架结构模型中,并对包含不同“并”结构的模型进行分析,可获得气缸盖中的各功能结构在气缸盖承载机理中的作用。
通过对各功能结构作用的综合分析,则可得到一个直观的、清晰的气缸盖承载机理的力学解释。
对于目前一些常见发动机气缸盖,无论其结构如何复杂多变,其基本的拓扑框架结构均可以统一简化为一个封闭的带有若干互不连通小孔的空心六面体框架结构。
而对于基本结构为四气门、喷油器位于气缸盖中心的对称结构,则在实施有限元分析时,又可将封闭的空心六面体框架结构进一步简化为如图1所示的左右对称的空心开口框架分析模型。
为了得到试验的支持,本文采用喷油器布置于气缸盖中心且左右对称的四气门气缸盖(见图2)为研究对象。
按上述方法对该气缸盖实施简化后,可获得的图1所示的基本拓扑框架结构模型。
由于本文主要是对气缸盖的承载机理进行研究,所以文中所有的计算模型均采用板、壳、梁单元的网格模型。
通过对图1进行分析可知,无论是在200kN 的预紧载荷单独作用预紧工况,还是在200kN 的预紧载荷与17MPa 的爆发力共同作用的爆发工况,该分析模型的最大应力点和最大变形位移点均发生在相当于气缸盖底板结构的底平面上。
在爆发工况作用下,该平面中心区域的最大主应力最大值、Mises 应力最大值和最大变形值分别为720MPa 、702MPa 和1198mm 。
而在该模型的其它区域,尤其是在相当于气缸盖顶板结构的顶平面上,其最大主应力最大值、Mises 应力最大值和最大变形值仅为32MPa 、45MPa 和-0198mm (负值表示向下方向的位移)。
・082・内 燃 机 学 报 第22卷第3期该基本拓扑框架结构顶、底板应力变形水平的巨大差距,表明在不包含气缸盖其它各种功能结构的空心六面体框架结构中,框架的底板是燃气爆发压力的主要承担者。
而该框架的顶板和四周立墙,由于与变形较大的底板没有结构上的直接关联关系,因此其应力和变形都非常低。
2 喷油器护套在气缸盖承载体系中的作用喷油器护套通常连接于气缸盖底板与顶板(或侧板)之间,其基本功能就是保证喷油器能够可靠地安装与定位在气缸盖中[1]。
对于常见的将喷油器布置于气缸盖中心的四气门气缸盖,由于其喷油器护套正位于气缸盖底板上的中心区域,所以研究喷油器护套在气缸盖承载体系中的作用是研究气缸盖承载机理内容中的一个重要部分。
研究喷油器护套在气缸盖承载机理中的作用,可以通过对增加喷油器护套后的空心框架结构的研究而获得。
图3展示了上述空心六面体框架结构在增加喷油器护套后的最大主应力及其变形值。
增加喷油器护套后,该空心框架结构底板上的最大主应力最大值、Mises 应力最大值和最大变形值由原来的720MPa 、702MPa 和1198mm 降低到274MPa 、267MPa 和0173mm ;而其顶板上的最大主应力最大值、Mises 应力最大值和最大变形值则由原来的32MPa 、45MPa 和-0198mm 升高到339MPa 、327MPa 和-0164mm 。
从此分析结果可知,喷油器护套的存在改变了气缸盖基本拓扑框架结构中底板和顶板的应力和变形分布规律,改善了原来主要由框架底板承担预紧和爆发载荷作用的状况。
因此,喷油器护套在气缸盖承载体系中的作用就是将气缸盖底板上承受的爆发压力部分地传递到气缸盖的顶板上。
在实际气缸盖中,由于其它众多功能结构的牵连,喷油器护套对气缸盖顶板和底板之间应力、变形的均衡作用将会被极大的削弱,但其在气缸盖承载机理中的作用方式将不会改变。
对于喷油器护套在气缸盖承载机理中的作用,也可从力学等效原理中获得一个更为准确的解释。
空心六面体框架结构在增加喷油器护套后,空心框架的底板与顶板通过喷油器护套连接成为一个具有局部变形协调关系的变形整体;而喷油器护套在此框架中的作用可以被等效为一根连接于框架底板与顶板之间的空心直梁。
现设定框架顶板的刚度为K 1、喷油器护套的刚度为K 2、底板的刚度为K 3,则喷油器护套、底板和顶板可以简化成图4所示的3弹簧静不定结构。
在图4的静不定结构中,由于框架结构的底板为爆发压力的直接承担者,所以可将其单独视为该静不定体系中的一个激励结构,而喷油器护套和顶板作为压力的传递者和接受者,则可被共同视为该静不定体系中的一个响应结构。
由此可以得出该框架结构的顶板和喷油器护套所共同分担的载荷比例为 <=(K 1K 2)/(K 1K 2+K 1K 3+K 2K 3)(1)・182・2004年5月 张儒华等:气缸盖中一些关键功能结构的承载机理研究 从式(1)可以看出,顶板所分担的载荷与结构顶板的刚度和喷油器护套的刚度成正比,而与底板的刚度成反比。
特别是当喷油器护套的刚度足够大时(K 2→∞),顶板所承担的载荷将完全取决于底板与顶板之间的刚度比例关系。
而当喷油器护套的刚度足够小时(K 2→0),则喷油器护套将不再具有传递载荷的能力,此时所有的外载荷将主要由气缸盖的底板直接承担。
通过调整喷油器护套的刚度,可以达到局部调整载荷在气缸盖底板和顶板之间分配关系的目的;同时可以达到局部调整气缸盖底板和顶板上的应力、变形水平的目的。
