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发动机活塞的正交设计王凤忠刘永滨岳冬鹏(天津工程师范学院汽车工程系天津300222)摘要:本文探讨了活塞设计与正交试验。通过正交试验和试验分析,正确选取活塞参数,试制出性能较好的活塞样品。新试制的活塞各项性能均优于原机活塞。结果表明:正交试验能够节省试制费用、时间和工作量,并且可以优化活塞的设计。关键词:活塞摩擦功噪声正交试验中图分类号:TK402文献标识码:A文章编号:1671-0630(2007)06-0056-04OrthogonalTestandDesignofaDieselPistonWangFengzhong,LiuYongbin,YueDongpengTianjinUniversityofTechnologyandEducation(Tianjin300222)Abstract:Thisarticlecoversdesignandorthogonaltestofpiston.Viaorthogonaltestandtestanalysis,wechosetheparametersofpistonrightly,andobtainedtrail-manufacturedpistonofpreferableperformances.Thenewandtrial-manufacturedpistonexcelledthepistonoforiginalmachineoneachitemofperformances.Theresultindicatesthatorthogonaltestcaneconomizetrial-manufacturedexpenditure,timeandworkload.Moreover,itcanoptimizethedesignofpiston.Keywords:Piston,Frictionwork,Noise,Orthogonaltest活塞是发动机的重要零件,它的设计好坏关系到发动机油耗、功率、机油消耗量、噪声等诸多指标。因此活塞的设计非常重要,然而活塞设计是一个比较复杂的问题,在设计活塞的实践中,我们常依靠经验通过反复的设计和试验来研制活塞。这种方法所需研制周期长,费用高。而其他理论方法设计误差较大,还不能胜任活塞的设计实践。正交试验设计是研究多因子试验问题的重要数学方法。本文利用这一方法,通过用少量的多因素多水平的活塞在发动机台架上试验,并对试验结果进行分析,很快试制出了性能良好的活塞供发动机使用,通过分析还找出了影响该种结构活塞性能的主要因素。1活塞参数的选择与正交表的设计我们选择一台4缸柴油机活塞作为本次研究的对象,它的活塞直径为47.4965mm、活塞裙长为50.1mm、活塞头部有燃烧室。根据有关理论计算[4]和以往的经验,在设计中我们应着重考虑活塞裙部与气缸套间隙、活塞头部与气缸套间隙、活塞销偏心距、活塞裙部长度、缸套表面粗糙度均方根值对摩擦功、噪声、功率和油耗的影响。在正交试验设计中,根据以往工作经验选取试验因素和水平如表1所示。在正交试验中,我们应该尽量选用最小的正交表,这样可以减小样品试制以及样品试验的工作量,于是4×5这次活塞正交试验选用L16正交表,见表2。这次试验样品为16个,试验次数也为16次,这比全因子试验54=625次数要减少609次(同时要少试制609个样品)。极大的减少了试制费用、时间和工作量,这正是正交试验法的突出优点。作者简介:王凤忠(1955-),男,高级讲师,主要从事汽车及电喷发动机的维修工作。第6期王凤忠等:发动机活塞的正交设计表1试验因素和水平的选取求调试合格。试验在发动机实验室和半自由声场噪声实验室进行,设备及仪器有发动机试验控制柜、湘仪CAC-250电力测功机、湘仪FC2210Z油耗仪、日本RION公司NA-61型精密声级计、声望MP201传声器和日本RION的NC-72型活塞发生器。首先进行摩擦功、功率与油耗的试验。1)将试验样品装入试验用发动机;2)试验用发动机按照标准调试;3)用电力测功机倒拖发动机,测量电力测功机消耗功率即为该活塞样品消耗的摩擦功率;4)在发动机标定功率工况,测量发动机功率和油耗(试验方法参阅文献[5]),记入试验结果表;在试验中记录发动机水温、油温等参数,作为试验观察参数与结果参考参数。再次,根据GB8194-97《发动机噪声声功率级的测定工程法及简易法》的规定进行噪声试验。将发动机安装在噪声实验室,按照试验方法将风扇、消声器噪声排除;在离发动机上、左右、前后表面1m距离的安排声级计,测量发动机声压级,然后得出发动机总声功率级(具体声压级如何计算为声功率级请参考文献[6])。重复进行下一个活塞样品的试验,直到完成为止。试验结果见表3。表2正交试验安排表表3活塞正交试验结果2正交试验按照表2,我们试制了16个