[发明专利]一种对低速柴油机气缸套进行形状优化的方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设计领域，涉及气缸套结构形状优化设计，特别是涉及大功率船用低速柴油机气缸套的形状优化设计方法。 

背景技术

气缸套嵌在气缸体内，与气缸盖、活塞组共同构成柴油机的工作循环空间，其形状是一个承受内压及温度应力影响的不等壁厚圆筒。气缸套的结构如图2所示，图2是本发明对低速柴油机气缸套进行形状优化的方法中原气缸套的结构示意图。在柴油机工作过程中，气缸套的内表面直接受到高温高压燃气燃烧时的反复冲击作用，外表面直接或间接地受到冷却水的冲刷和冷却；在进气过程中，又受到进入空气的吹拂。由于在气缸套内壁存在温度和压力的波动，内外壁间有温度差以及气缸套受到较大的安装应力等的作用下，使气缸套承受相当大的机械应力和热应力。 

此外，气缸套又对活塞组的往复运动起导向作用，活塞环密封压力、摩擦力和活塞侧推力直接作用在气缸套内表面上，使气缸套产生弯曲应力和磨损。气缸套内表面受到燃气的化学腐蚀，外表面受到冷却水的化学、电化学和空穴作用，容易发生腐蚀和穴蚀。 

因此，为了保证缸套结构的可靠性和提高使用寿命，需要在结构设计时确保气缸套有足够的强度和一定的刚度，以及结构表面具备一定的精度、光洁度和抗蚀能力。 

通过技术检索发现，现有气缸套结构设计的几何形状相对比较简单，一方面，与早期的设计思路及采取的设计手段有关；另一方面，也不是完全依照结构强度和刚度需要设计的，受到当时的制造工艺水平的限制， 使得部分设计理念难以完全实现。 

随着计算机技术的发展和制造工艺水平的提高，复杂的造型技术已经比较成熟，完全可以根据需要设计出结构更优、更加符合强度要求的气缸套外形。 

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率二冲程低速柴油机气缸套的形状优化设计方法，利用本发明的方法对原有设计进行修改，最终获得一个更为合理的气缸套几何外形，并有效地降低了缸套的重量，节约了材料和铸造成本。 

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下： 

一种对低速柴油机气缸套进行形状优化的方法，该方法先对原设计的低速柴油机气缸套的形状建模后进行有限元分析，根据分析结果对原有设计进行参数修改，最终获得更为合适的气缸套几何外形。 

进一步的，本发明对低速柴油机气缸套进行形状优化的方法包括如下详细步骤： 

①对现有的低速柴油机气缸套的特征参数和特性抽取，将气缸套的关键尺寸参数化，建立气缸套的三维原始模型； 

②将步骤①所述的三维原始模型转化为有限元分析模型，对缸套不同部位的壁厚参数化； 

③对缸套内的活塞组进行运动学分析，确定缸套受到的活塞冲击力； 

④将步骤③中得到的活塞冲击力施加于气缸套，并对气缸套进行有限元分析； 

⑤优化气缸套的壁厚，并对优化壁厚后的气缸套进行有限元分析，检查应力结果； 

⑥保存气缸套的优化结果，并将该结果反馈给原始模型。 

在本发明中，所述步骤③中气缸套所受到的冲击力的计算过程是： 

位移：x=R[(1-cosα)+λ4(1-cos2α)]]]>

速度：v=Rω(sinα+λ2sin2α)]]>