機械負荷是指發動機在運行時受到的作用力以及扭矩。內燃機的機械負荷會影響其工作穩定性以及內燃機壽命。
基本介紹
- 中文名：內燃機機械負荷
- 外文名：mechanical load of internal combustion engine
- 領域：內燃機
基本概念,機械負荷對缸套的影響,機械負荷對活塞的影響,強化係數,
基本概念
機械負荷是指發動機在運行時受到的作用力以及扭矩。內燃機的機械負荷會影響其工作穩定性以及內燃機壽命。對於缸套而言，其在正常工作工況下，受到預緊力、爆發壓力、往復慣性力以及活塞側擊力等機械載荷的影響。活塞在氣缸內作往復運動時承受著燃氣壓力、往復慣性力和側推力的作用,在活塞內受到很大的機械負荷。
柴油機在冷機工況下，可能會影響氣缸套變形的機械載荷包括缸蓋螺栓預緊力、主軸承螺栓預緊力及主軸承座軸瓦過盈裝配等因素的影響。
機械負荷對缸套的影響
柴油機的缸內爆發壓力一直在不斷提高，造成活塞組缸套摩擦副的機械負荷和熱負荷大幅度增加。受缸蓋螺栓預緊載荷、活塞做周期性的高速往復運動、柴油機缸體的剛度不均勻以及冷卻不均勻產生的影響缸套容易產生變形。
對於缸套而言，其在正常工作工況下，受到預緊力、爆發壓力、往復慣性力以及活塞側擊力等機械載荷的影響。在進行機械負荷分析時，需要更為完善地考慮缸套在靜態和動態條件下，機械負荷對氣缸套應力及應變的影響。
影響缸套變形的主要機械載荷因素分別為缸蓋螺栓預緊力、缸內爆發壓力及主軸承座載荷；影響缸套應力變化的主要機械載荷因素是缸蓋螺栓預緊力。
柴油機在冷機工況下，可能會影響氣缸套變形的機械載荷包括缸蓋螺栓預緊力、主軸承螺栓預緊力及主軸承座軸瓦過盈裝配等因素的影響。在正常工作工況下，柴油機氣缸內爆發壓力對缸套的作用力主要表現四個方面：
（1）氣體直接作用在缸套上。
（2）氣體作用在缸蓋上，通過缸蓋螺栓傳遞到機體從而影響缸套的應力及變形。
（3）氣體作用在活塞組連桿組曲軸，通過主軸承螺栓影響機體主軸承座及隔板的應力及變形，使得缸套受到影響。
（4）活塞對缸套產生的側擊力。
機械負荷對活塞的影響
活塞的機械負荷損傷主要集中在活塞的銷孔、環岸等部位。隨著發動機強化水平的不斷提高，一些高強度的柴油機最大爆發壓力已達到 18MPa，歐V排放的發動機缸內最高爆發壓力已達到或超過22MPa。這樣活塞的銷孔、環岸及燃燒室等部位在活塞工作時將長期承受著高頻周期作用的爆發壓力，高壓力同時又伴隨著高溫度，而在高溫作用下活塞的潤滑狀況變差，嚴重時潤滑油會膠結失效，使得活塞摩擦磨損嚴重。
內燃機活塞在高溫、高壓、磨損嚴重的工作狀況下發生機械負荷失效原因相當複雜，影響到活塞裂紋產生的因素也很多，包括鋁合金高溫下的強度、活塞的幾何結構、活塞表面的粗糙度及其受到的機械載荷的性質等有關。在這些龐雜的影響因素中，涉及到金屬材料學、熱處理、物理化學和力學等許多研究領域，因此儘管人們對活塞工作的可靠性問題進行了大量研究工作，但尚有許多理論和實際問題未能得到圓滿解決。
強化係數
平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化係數。強化係數與活塞單位面積的功率成正比，其值越大，發動機的熱負荷和機械負荷越高。下圖為常見發動機的強化係數範圍。
常見發動機的強化係數範圍
常見發動機的強化係數範圍