某型柴油机气缸套的三维有限元分析

宁宁+付雨霞

摘 要：随着柴油机强化度越来越高，工作环境越来越恶劣。因此，利用常规方法与三维有限元分析方法对某型柴油机的气缸套进行强度分析，并提出相应的改进与预防措施。

关键词：柴油机；气缸套；有限元

中国分类号：664.6 文献标识码：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

随着柴油机的转速不断提高，对零部件的强度、可靠性要求也不断提高。气缸套与活塞顶及气缸盖共同组成内燃机的燃烧空间。在柴油机工作过程中，气缸套在承受机械负荷的同时， 还承受热负荷。柴油机气缸套是柴油机零部件中处于最恶劣的工作条件的零件之一，因此利用常规方法与三维有限元分析方法对柴油机的气缸套进行相关的强度对比计算分析，并根据计算分析的结果提出相应的改进与预防措施。

2 根据《船用柴油机设计手册》进行气缸套计算

2.1 缸壁强度计算

4 结论与建议

根据三维有限元分析计算结果表明：该型气缸套其第1阶频率为1 091.3 Hz，与上文计算所得出的自振频率1 051.3 Hz偏差约为3.8%，模拟计算结果与理论计算值基本一致。该型气缸套能较好地防止穴蚀的产生。

当曲轴转角为386°CA（做功冲程）时，气缸套上方有高应力区存在。当曲轴转角为659°CA（排气冲程）时，缸套外侧与机体内腔形成的冷却水通道处也存在高应力区域。当冷却水温度下降，高应力区域将明显加大，在位置3容易产生裂纹。

使用三维有限元分析结果表明：气缸套裂纹损伤位置与存在漏裂现象的实物是基本相同，均出现在外壁温度低而内面温度最高而冷却水流速较大的区间，使得局部冷却效果特别强烈而导致温度较低。气缸套冷却水进机温度过低或未经预热柴油机带负荷启动，气缸套外圆容易严重积水垢，形成气缸套内、外壁之间大的温度差，外壁圆周产生过大的拉应力，是导致气缸套裂纹损伤的主要原因。

针对上述类型的问题，提出以下改进与预防措施：

（1）柴油机应进行预热运转，待内循环冷却水和润滑油温度上升至45 ℃左右时，才允许逐级加负载运行；

（2）内循环冷却水温不能过低，应保证出柴油机的冷却水温度在70 ℃以上；

（3）可增设缸套水和润滑油的预热（至60 ℃～65 ℃）循环装置。

参考文献

[1]陈大荣.船舶柴油机设计[M].国防工业出版社，1980.

[2]船用柴油机设计手册（五）船用柴油机主要零部件[M].国防工业出 版社，1982.endprint