浅谈内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究

浅谈内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究

尧石荣

广东恒基金属制品有限公司528306

摘要：本文立足于这一实际情况，对内燃机活塞机械疲劳损伤的可靠性进行深入的分析以及研究，以寻求科学合理的优化设计方案，充分保障内燃机的正常运作，延长该机器的使用寿命，不断提高实际的应用价值。

关键词：内燃机；活塞机械疲劳损伤；可靠性研究

引言：

活塞机械的疲劳可靠性会直接影响内燃机的具体使用寿命以及使用效率，只有保障活塞内部结构设置的合理性及可靠性，才能够将生产制造成本控制在合理的范围之内，充分地发挥内燃机的作用以及价值，积极地提高内燃机的机械效率。在对活塞机械疲劳可靠性问题教学研究的过程之中存在诸多的限制，缺乏相应的技术报告。

一、内燃机简述

内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的喷气式发动机，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。

活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。

随着我国综合实力以及生产技术水平的不断提升，内燃机的内部结构构造以及外部模式越来越复杂以及多样。尽管这种复杂多样的设计能够积极地拓展内燃机的作用以及功能，有效地解决生产以及实践过程之中所面临的各类问题，但是也直接导致机械部件严重出现了相应的疲劳，影响了发动机自身的可靠性，同时与其他的机械损害相比，内燃机活塞所出现的机械疲劳带有一定的突然性以及隐蔽性，如果无法及时发现相应的问题，就会导致各种疲劳损伤的不断加剧，从而造成严重的损失。

二、内燃机活塞机械疲劳损伤

我国在推动城市化进程以及工业发展的过程之中，发动机活塞出现了较为严重的机械疲劳现象，同时在大功率坦克发电机、高强化军用发动机以及中小功率发动机的使用过程之中，实际的生产效率以及生产工艺与国外存在较大的差距，国外在使用高性能强化柴油机的过程之中实际的机械寿命突破了一百万公里，相比之下对我国柴油机行业来说，实际的寿命只能够在50到80万公里以内，另外我国的活塞设计水平与其他国家存在较大的差距。

从更加宏观的角度来看，与国外公司的发动机相比，我国内燃机活塞的使用效率以及设计水平较低，发动机的可靠性难以得到有效的保障，这一点直接影响了我国发动机制造业现代化设计技术水平的有效提升

三、内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究

（1）对于内燃机活塞机械疲劳损害与可靠性之间的相关性来说，在实践运作运送的过程之中极易出现各种不确定性因素，内燃机活塞的可靠性会受到磨损、腐蚀、高压以及高温等恶劣工作环境和条件的影响，在恶劣的工作环境之中，活塞的传热系数比较好，同时密度较低，因此其能够保证内燃机的可靠性，发挥内燃机的作用以及价值，保证内燃机的正常运作。

（2）铝合金活塞的机械疲劳可靠性会直接影响发动机自身的可靠性。从目前来看，国外的活塞基本寿命为80万公里以上，相比之下，我国结合内燃机活塞产品质量的实际应用情况，明确强调发动机活塞的机械使用寿命应该不低于30万公里，其中优质的发动机活塞的使用寿命应该不低于40万公里，但是结合具体的内燃机活塞使用寿命来看，我国的活塞产品的实际寿命与所出台的各项规章制度存在一定的差距。

随着市场竞争的不断激烈，用户以及市场对产品可靠性性能的要求越来越高，学术界以及理论界也立足于这一实际情况，对活塞机械疲劳的可靠性问题进行深入地分析以及研究，寻求办法来有效地提高活塞机械疲劳的可靠性。

为了实现这一目的，对于机械工作人员来说：

（1）需要以发动机的可靠性管理为重点，只有这样才能够保障发动机的经济性，并发挥应有的意义和价值。

（2）对于内燃机活塞来说，在实践使用的过程之中极易出现失效，大部分的失效主要以腐蚀、磨损及断裂为主。

作为内燃机的重要动力源零件，活塞的正常运作对发挥内燃机的作用以及价值意义重大，燃烧系统内部的高温燃气瞬间燃烧爆发并释放出来的热能必须要利用活塞来进行机械能的转化和生成，在整个活塞运作的过程之中，大部分的物质主要以往复的非匀速直线运动为主，然后通过曲轴以及连杆的传动更好地转化为旋转运动，以此来保障内燃机正常功率的有效输送。

其次，在对内燃机零部件的具体损伤事故进行分析以及调查的过程中，活塞极易出现各类故障，同时损伤概率相对比较高，之所以会出现这一现象主要在于现在的大部分活塞运作环境主要以超负荷运作为主，活塞的内部结构相对比较薄弱，因此极易出现疲劳开裂以及疲劳断裂等事故。

为了能够保障活塞的正常运作符合内燃机的发动功率，同时满足我国排放法所提出的严苛要求，工作人员以及研究人员必须要了解内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性之间的相关性，针对热负荷以及机械负荷的实质情况不断地提高内燃机的运作效率及水平。从目前来看，随着爆发压力的不断提升，活塞销孔与活塞销之间的配合方式已经实现了有效的过渡，目前主要以全浮动式为主，通过这种形式来提高整个机箱内部的润滑水平，同时大部分活塞的承受能力越来越高。

作为市场经济中的重要划分指标，可靠性受到了社会各界的广泛关注，对于内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性之间的相关性来说，两者之间的联系以及区别直接反映着行业管理、行业制造、行业使用以及行业设计工艺的综合技术水平。

生产企业必须要立足于内燃机活塞机械疲劳损伤的实质情况，提出相应的创造性研发思路，建立全方位一体化的活塞可靠性设计关键技术机制，针对活塞可靠性的问题进行深入的分析以及研究，降低活塞的机械疲劳失效，选择科学合理的优化设计方案，在保证活塞结构可靠性的基础之上不断地提高活塞的使用寿命。

同时一个科学合理的内部设计结构不仅能够保障活塞的可靠性，还能够将生产制造成本控制在最低的范围之内，促进发动机机械效率的提升，保障发动机与内燃机能实现稳定的运作，更好地满足不断严苛的排放法规要求，保障活塞产品的设计能够达到最终的生产目标以及实践要求。

结束语：

内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性之间存在紧密的联系，为了保证内燃机的正常运作并避免活塞失效，设计人员必须要立足于内燃机活塞机械损伤疲劳产生的实质原因，选择科学合理的设计方案，完善内燃机活塞的内部设计机制以及运作模式，选择最优化的设计方案，突破传统内燃机在使用过程之中所存在的各类不足，只有这样才能够实现生产资源的优化配置和利用。

参考文献：

[6]发动机活塞机械强度试验影响因素的探讨[J].刘世英，赵旭东，田小青，孟建.内燃机工程.2011（02）

[7]发动机活塞液压脉冲机械疲劳试验方法研究[J].刘耀东，郭金宝，刘瑞.内燃机.2009（04）