技术领域
[0001] 本发明涉及一种内燃机技术领域，尤其涉及一种内燃机缸孔变形的设计优化方法。
相关背景技术
[0002] 缸体是发动机重要的零件之一，缸体的缸孔变形破坏了活塞环的密封性能，对发动机的正常工作有很大影响。控制缸孔的变形可以减小配缸间隙，降低活塞敲击气缸的力度，从而降低振动噪声。
[0003] 目前内燃机缸孔的设计主要依靠理论与经验相结合的方法，该方法耗时耗力且效果不佳。具体为：根据内燃机功率等参数完成理论设计，并结合相关结构的设计经验对理论结果进行校正；而对内燃机缸孔的强度及刚度则主要依靠经验或参考同类产品的设计，尤其是缸孔变形的数据一般通过样件的反复实验获得的，并在实测中发现问题，从而对结构进行反复修正，直至样件精度达到实际要求。该过程存在设计精度不高，设计周期较长且反复修正，效率不高，耗资较大，严重浪费人力、物力、时间等。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式进行详细说明。
[0051] 该发明具体实施过程请参阅图25所示，一种内燃机缸孔变形的设计优化方法，包括以下步骤：
[0052] 步骤一：内燃机缸体设计；
[0053] 具体结合现有设计经验根据设计目标进行缸体理论设计，并生产理论设计数学模型，譬如设计目标设定为内燃机功率等参数。
[0054] 步骤二：对该缸体模型进行仿真分析；
[0055] 当分析结果不满足设计要求时，重新对缸体数模进行理论设计；
[0056] 当分析结果满足设计要求时，提取仿真分析结果，仿真分析结果包括缸孔变形数模，并对仿真数据进行非周期性信号频谱分析，提取出缸孔变形中各阶次变形分量大小及相位特点，并进一步查找分析产生各阶次变形的原因，从而指导缸孔变形的进一步优化及生产样件的加工方案设计；本实施例中，缸孔变形为冷态工况下的具体方法，即只考虑缸盖螺栓预紧力与缸垫的非线性属性：
[0057] 具体地，信号频谱分析采用傅里叶变换及反傅里叶变换处理(FFT及InverseFFT处理)，本实施例中，缸体模型的仿真分析为CAE分析；
[0058] 步骤三：根据合格的理论设计生产样件；
[0059] 步骤四；测量样件的各项技术指标等参数，并对所测数据进行快速的信号频谱分析，提取出缸孔变形中各阶次变形分量大小及相位特点，并与仿真数据分析结果对比；如果样件加工精度较差，则从以上数据处理结果对比的结果中便可查找实际加工及生产中的不足及待改进的流程或工艺等，并对样件进行改善，具体地，信号频谱分析采用傅里叶变换及反傅里叶变换处理(FFT及InverseFFT处理)，本实施例中，测量样件的技术指标参数包括缸孔变形数据。本技术综合理论设计、设计经验、仿真分析、试验验证、数据处理及分析等先进技术，发明了一种内燃机缸孔变形的新技术。该技术在提高设计效率，缩短开发周期，节约成本等方面有明显优势。
[0060] 分别计算缸盖螺栓轴力在102kN和115kN下的缸孔变形，傅里叶变换后各缸各阶次的变形如表1、2所示：
[0061] 表1为螺栓轴力在102kN的缸孔变形仿真结果(单位μm)
[0062] 位置 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶1缸 27.56 6.75 13.06 3.02 1.97
2缸 28.10 2.71 12.73 1.06 4.35
3缸 26.78 1.62 13.11 1.11 4.17
4缸 27.61 10.79 13.16 3.61 3.35
变形极限 28.00 18.00 14.00 6.00 5.00
[0063] 表2为螺栓轴力在115kN下的缸孔变形仿真结果(单位μm)
[0064]
[0065]
[0066] 改进方案后各缸各阶次的变形如表3、4所示：
[0067] 表3为改进方案1的缸孔变形仿真结果(单位μm)
[0068]位置 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶
1缸 30.29 8.36 15.64 3.12 2.38
2缸 33.09 2.74 17.17 1.04 4.69
3缸 31.15 1.75 17.49 1.07 4.54
4缸 31.15 13.39 13.16 4.14 3.42
变形极限 28.00 18.00 14.00 6.00 5.00
[0069] 表4为改进方案2的缸孔变形仿真结果(单位μm)
[0070]
[0071]
[0072] 改进方案1的各缸2、4阶缸孔变形量基本都超变形限制，但相较于表1的仿真结果有改善，超限幅度明显减小，改进方案2的2、4缸2阶缸孔变形量略超限，其余缸孔变形量均在限值以下。
[0073] 实体缸盖以及工艺缸盖螺栓预紧力极限状态下缸孔变形模拟计算分析：
[0074] 载荷工况：设定实体缸盖的螺栓预紧力：57KN(1‑20％)＝45.6KN，模拟实物缸盖受到最小的螺栓载荷情况。
[0075] 设定工艺缸盖的螺栓预紧力：57KN(1+20％)×(1+15％)＝78.66KN，模拟实物缸盖受到最小的螺栓载荷情况。
[0076] 一缸孔计算分析，请结合参阅图1至图12所示：
[0077] 1、工艺缸盖螺栓预紧力取上限，实物缸盖螺栓预紧力取下限，由于工艺缸盖螺栓预紧力过大，造成反变形过大，而实物缸盖螺栓预紧力过小，弥补反变形不足，‑16mm至‑32mm缸孔Y向向里缩小9至14μm，X向向里缩小3至6μm，具体请结合参阅图3至图6所示。
[0078] 2、‑102mm至‑107mm处，缸孔变形呈梨形，X向伸长5至7μm，具体请结合参阅图11至图12所示。
[0079] 3、拉缸出现亮条位置基本与仿真结果一致。
[0080] 二缸孔计算分析，请结合参阅图13至图24所示：
[0081] 1、工艺缸盖螺栓预紧力取上限，实物缸盖螺栓预紧力取下限，由于工艺缸盖螺栓预紧力过大，造成反变形过大，而实物缸盖螺栓预紧力过小，弥补反变形不足，‑16mm至‑32mm缸孔Y向向里缩小9至14μm，X向变形约0μm，缸孔大致呈椭圆形，具体请结合参阅图15至图18所示。
[0082] 2、拉缸出现亮条位置基本与仿真结果一致。
[0083] 三缸孔计算分析，请结合参阅图13至图24所示：
[0084] 1、工艺缸盖螺栓预紧力取上限，实物缸盖螺栓预紧力取下限，由于工艺缸盖螺栓预紧力过大，造成反变形过大，而实物缸盖螺栓预紧力过小，弥补反变形不足，‑16mm至‑32mm缸孔Y向向里缩小9至14μm，X向变形约0μm，具体请结合参阅图15至图18所示。
[0085] 2、拉缸出现亮条位置基本与仿真结果一致。
[0086] 四缸孔计算分析，请结合参阅图1至图12所示：
[0087] 1、工艺缸盖螺栓预紧力取上限，实物缸盖螺栓预紧力取下限，由于工艺缸盖螺栓预紧力过大，造成反变形过大，而实物缸盖螺栓预紧力过小，弥补反变形不足，‑16mm至‑32mm缸孔Y向向里缩小9至14μm，X向向里缩小3至6μm，具体请结合参阅图3至图6所示。
[0088] 2、在‑102mm至‑107mm处，缸孔变形呈梨形，X向伸长5至7μm，具体请结合参阅图11至图12所示。
[0089] 3、拉缸出现亮条位置基本与仿真结果一致。
[0090] 结果分析：工艺缸盖螺栓预紧力取上限，实物缸盖螺栓预紧力取下限，由于工艺缸盖螺栓预紧力过大，造成反变形过大，而实物缸盖螺栓预紧力过小，弥补反变形不足，‑16mm至‑32mm缸孔Y向向里缩小9至14μm，X向向里缩小3至6μm，请结合参阅图3至图6所示；‑102mm至‑107mm处，缸孔变形呈梨形，X向伸长5至7μm，请结合参阅图11至图12所示，1缸孔与4缸孔类似。
[0091] 工艺缸盖螺栓预紧力取上限，实物缸盖螺栓预紧力取下限，由于工艺缸盖螺栓预紧力过大，造成反变形过大，而实物缸盖螺栓预紧力过小，弥补反变形不足，‑16mm至‑32mm缸孔Y向向里缩小9至14μm，X向变形约0μm，缸孔呈椭圆形，请结合参阅图15至图18所示，2缸孔与3缸孔类似。
[0092] 拉缸出现亮条位置基本与仿真结果一致。
[0093] 本发明内燃机缸孔变形的设计优化方法综合了理论设计、设计经验、仿真分析、试验验证、数据处理及分析等先进技术，可以提高内燃机缸孔设计精度，缩短设计周期，节约资源，降低开发成本等。利用该技术设计并生产出来的缸体，其缸孔变形与理论数模仿真结果十分接近，精度较高。
[0094] 以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
