发动机缸孔变形(中)

3 解决方案

在SAE No.960356报告中，爱德华多·拉蒂尼奥描述了应用迭代技术计算活塞环变形的方法，调整个别阶次找到更多的变形，更重要的是找到活塞环与汽缸壁没有接触的区域。

由于项目进度的需要，工作站的计算时间是有限的，而个人电脑不能全面的被应用。它们经常由于工程师的离开而闲置20分钟，或更长时间。如果写一个程序可以利用计算机的空闲时间自动完成缸孔数据的详细记录和处理，将是非常有价值的。虽然结果不能保证，但是很有可能发现变形对发动机性能的影响，而且对莲花来说是非常有价值的。

3.1 文本文件

编译这样的程序，需要缸孔的形貌细节，并且咨询了测量人员和泰勒公司方面后，了解到缸孔每个截面的原始测量数据输出为文本文件，代入到其他程序（这里为MS-Excel）。文本文件里包含20行描述测量设备参数的设置，接下来2000行为样本点信息，然后是2000行点的径向位移值。

采用LSC提取的数据点径向位移，但是提取数据是非常耗时的（每个缸孔需要24个文件），所以主程序的第一部分需要自动完成。程序搜索每一行数据来识别缸孔上的点（测量出的点位置信息），之后载入所有需要的数据，并建立Excel表格。这个操作大概需要2秒钟（1个缸25层=50000个数据点）

3.2 降噪处理

从未经研磨的缸体中提取的测量数据含有大量信噪（泰勒设备拾取的缸孔表面的真实变形很难看清，但在发动机运行中，如此小的扭曲可由油膜补偿）。要清理这些信噪，需要一个高斯滤波器的功能应用 （fig.10）

一旦被应用到整个数据样本集 合，会戏剧性的减少样本点，使得形状更接近于“真实”状态。

3.3 谐波过滤

虽然高斯过滤器减少了很大一部分信噪，但是对于分析复杂的信噪数据还是需要一条光滑的数据曲线。

为了绘出一条光滑曲线，泰勒仪器运用了一种谐波过滤的技术。过滤需要对数据进行傅里叶变换，计算出每一阶变形的大小和方向。之后再将每一阶变形进行综合重组，这次设置的阶次为0-50阶。这时新数据是一条更为平滑的曲线，最小波长一般为缸孔圆周的1/50（这篇报告里是缸孔圆周的1/2000）.

最初是用Excel执行每一个计算，但这需要巨大的表格和长时间的计算。后来经过人们的研究将傅里叶变换功能插入到Excel，成为更快的傅里叶变换程序。这种程序的不足时数据点必须是2的整数幂（512,1024,2048等等），所以需要插值出等分点个数从2000到2048. 这是可以被接受的，因为这只会带来最大2.5%的误差。

3.4 旋转

只有个别重要的截面的阶次被记录，而两个截面之间重要的变形没有可用的记录。（这个重点是变化的变形比常数变形要难确定）

用简单图形绘制同一水平面投影的变形足够了，但是这不能记录每阶各层变形的旋转（缸孔的扭转）。这变得非常重要，因为有一个从逻辑上有一个被忽略的因素，在活塞高速运动时，缸孔发生扭转变形，那么活塞环卡槽的位置就很难被确定。

有一个关于扭转变形的问题，每一阶都有与阶次相同数目“峰”(如4阶包含4个峰，3阶包含3个峰)，每一个峰都有序的传递到下一个截面。由于没有关于扭曲的测量数据，因此只能简单判断扭曲方向。如下图所示：

3.5活塞环一致性

如上所述，拉蒂尼奥描述了计算活塞环与缸孔壁接触程度的方法，进而得到活塞环与缸孔壁的缝隙区域。他的报告核心就是找到关系活塞环变形与缸孔壁一致性的参数函数，从而编译一套能配合试验的分析程序。

最大的径向幅值，指的是孔环的间隙中的最大偏差限值。

单独使用此方程，会使结果存在严重错误，因为每一阶都有不同的限值，这就使得结果相互干扰，会导致活塞环的变形很难确定。

要考虑所有的干扰，必须同时考虑所有的阶次。由于环性方程的性质，任何阶次的变化与孔直径的限制，而这又依赖于变形，这反过来取决于阶次的限值。这就变成了无解的方程，换句话说，这个问题问的是问题的答案取决于什么？

拉蒂尼奥用一种迭代的方法解决这一问题。（如图14）

3.6 迭代

这种方法，首先根据给定的孔径和活塞环环特性，计算一个“最坏情况”的形状。最坏的情况下，仅依靠上述方程计算失真的限值（方程1），它能描述一个不能在物理上适应缸孔的活塞环形状。如果是这样的话，缸孔外的点（径向）被修正到孔的边缘，计算出一个新的平均直径。新的直径取代原来方程中应用的孔的直径，计算新的极限，直到理论上的环形状被制造出来。

由于环外的一部分点被移除，在这个过程中，环的平均尺寸减小，往往比实际的活塞环直径较小。为了解释这个（理论）环的形状是扩大的，因此，形状的长度是与实际活塞环的周长相同的。

3.7 接触

大多数活塞环都是开口的，他们可以扩大自己的“圆周”，直到它大于孔的周长，所以，为了产生准确的结果，仅仅扩大计算的形状是不足够的。相反，环的形状是扩大，直到与缸孔的比例达到一定程度“密封”（环半径等于或大于孔半径）。

这里可用有限元的方法计算，但是目前精度不足，并且耗。拉蒂尼奥给出了一个由实验得出的经验公式：

3.8 间隙面积

一旦需要预测活塞环形状时，通过以下函数确定活塞环与缸孔之间间隙的面积，是非常方便的：

（未完待续）

本文转自【有限元联盟】