一种活塞销设计方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及发动机，具体涉及一种活塞销设计方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、活塞销作为发动机核心零部件，其负荷最复杂、工作条件最恶劣，在运行中受到机械载荷、温度载荷、机油润滑、冷却、运动冲击等运行边界条件，设计不当会产生活塞销卡滞、发蓝、疲劳断裂，以及连杆小头间的异响、摩擦磨损等问题，进而影响到发动机开发进展以及油耗和排放特性。

2、活塞销作为发动机的核心往复运动件，其质量大小影响到曲轴润滑、扭转振动，尤其是在混合动力汽油发动机轻量化的背景下，核心往复运动件活塞销的轻量化尤为重要，如何快速分析计算活塞销的强度，实现活塞销的优化设计，目前相关文献较少，主要根据经验和试验验证设计优化活塞销，当面对快节奏、低成本的开发时，往往难以较好的服务项目。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种活塞销设计方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决活塞销的开发效率较低的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种活塞销设计方法，方法包括以下步骤：获取活塞参数、连杆参数、发动机参数和活塞销的当前结构参数；根据活塞参数、连杆参数、发动机参数和当前结构参数对预设的初步评价项目进行评价，得到第一评价结果；判断第一评价结果是否满足预设的第一设计要求；当第一评价结果不满足第一设计要求时，对当前结构参数进行调整，得到下一结构参数，将下一结构参数作为当前结构参数并返回根据活塞参数、连杆参数和发动机参数对当前结构参数进行评价，得到第一评价结果的步骤；当第一评价结果满足第一设计要求时，将当前结构参数作为活塞销的初始结构参数。

3、本发明实施例提供的活塞销设计方法，通过一维计算完成活塞销以及接触副的分析优化，所占时间较短，大大调高了活塞销的设计效率。

4、在一种可选的实施方式中，初步评价项目包括以下中的一个或多个评价项目：连杆小头孔比压、活塞销座孔比压、活塞销弯曲变形、活塞销椭圆变形、活塞销安全系数。

5、由此可以准确的对活塞销的当前结构参数进行评价。

6、在一种可选的实施方式中，根据活塞参数、连杆参数、发动机参数和当前结构参数对预设的初步评价项目进行评价，得到第一评价结果包括：根据当前结构参数、活塞参数、连杆参数和发动机参数分别计算连杆小头上半孔投影面积sup、连杆小头下半孔投影面积sdown、活塞销孔上半孔投影面积s′up、活塞销孔下半孔投影面积s′down、第一工况时活塞销中间连杆小头处的载荷fm、第一工况时活塞销销座两边的载荷f′m、第二工况时活塞销中间连杆小头处的载荷fi、第二工况时活塞销销座两边的载荷f′i；根据fm和sdown计算得到第一工况时的第一连杆小头孔比压，根据fi和sup计算得到第二工况时的第二连杆小头孔比压；根据f′m和s′up计算得到第一工况时的第一活塞销座孔比压；根据f′i和s′down计算得到第二工况时的第二活塞销座孔比压；根据fm和f′m进行计算分别得到活塞销弯曲变形和活塞销椭圆变形；根据当前结构参数、活塞参数、连杆参数和发动机参数进行计算，得到活塞销安全系数。

7、由此可以准确的对活塞销的当前结构参数进行评价。

8、在一种可选的实施方式中，根据活塞销的当前结构参数、活塞参数、连杆参数和发动机参数分别计算连杆小头上半孔投影面积sup、连杆小头下半孔投影面积sdown、活塞销孔上半孔投影面积s′up、活塞销孔下半孔投影面积s′down包括：判断投影图形是否包含不规则区域，其中投影图形包括连杆小头上半孔的投影图形、连杆小头下半孔的投影图形、活塞销孔上半孔的投影图形和活塞销孔下半孔的投影图形；当投影图形中不包含不规则区域时，利用与投影图形相对应的面积公式计算投影图形的面积；当投影图形中包含不规则区域时，将投影图形划分为规则区域和不规则区域，利用微积分计算不规则区域的第一面积，利用与规则区域相对应的面积公式计算规则区域的第二面积，将第一面积和第二面积相加得到投影图形的面积。

9、由此可以准确的计算连杆小头上半孔投影面积sup、连杆小头下半孔投影面积sdown、活塞销孔上半孔投影面积s′up、活塞销孔下半孔投影面积s′down。

10、在一种可选的实施方式中，当初步评价项目包括多个评价项目时，判断第一评价结果是否满足预设的第一设计要求包括：分别获取与每个评价项目相对应的评价标准；当所有评价项目均符合获取的评价标准时，判定第一评价结果满足第一设计要求；当存在至少一个评价项目不符合获取的评价标准时，判定第一评价结果不满足第一设计要求。

11、由此可以使得得到的活塞销的初始结构参数能够满足第一设计要求。

12、在一种可选的实施方式中，分别获取与每个评价项目相对应的评价标准包括：当评价项目为连杆小头孔比压时，评价标准为：第一连杆小头孔比压小于预设的第一阈值且第二连杆小头孔比压小于第一阈值；其中，第一阈值根据连杆小头的材质确定；当评价项目为活塞销座孔比压时，评价标准为：第一活塞销座孔比压小于预设的第二阈值且第一活塞销座孔比压小于第二阈值；其中，第二阈值根据活塞销的材质确定；当评价项目为活塞销弯曲变形时，评价标准为：活塞销弯曲变形是否小于预设的弯曲变形许用值，其中弯曲变形许用值根据以下中的一项或几项确定：发动机活塞销长度、活塞销直径、活塞销的径向厚度、发动机最高设计缸压；当评价项目为活塞销椭圆变形时，评价标准为：活塞销椭圆变形是否小于预设的椭圆变形许用值，其中椭圆变形许用值根据以下中的一项或几项确定：发动机活塞销长度、活塞销直径、活塞销的径向厚度、发动机最高设计缸压；当评价项目为活塞销安全系数时，评价标准为：判断活塞销安全系数是否小于预设的第三阈值。

13、由此可以得到与不同评价项目相对应的评价标准。需要说明的是，对于弯曲变形和椭圆变形的许用值，由传统的发动机单一缸径的评价因素，引入了发动机目标缸压(载荷)、活塞销的长度、活塞销的直径、活塞销径向厚度等因素，由此可以提升评价标准的合理性。另外，基于混合动力发动机对轻量化的要求，常常采用短活塞销，缸径并不能完全代表活塞销的长度，因此，引入活塞销长度更为合适。

14、在一种可选的实施方式中，当第一评价结果不满足第一设计要求时，对当前结构参数进行调整，得到下一结构参数包括：当第一评价结果不满足第一设计要求时，按照预设的调整顺序确定当前待调整结构，对当前待调整结构的结构参数进行调整得到下一结构参数；其中，调整顺序由前到后依次为：只调整活塞销内径；对活塞销内径和活塞销外径协同调整；对活塞销内径、活塞销外径、活塞销座长度和连杆小头宽度协同调整；对活塞销内径、活塞销外径、活塞销座长度、连杆小头宽度和活塞销长度协同调整。

15、由此可以使得由此优化设计改进代价小且容易实现。

16、在一种可选的实施方式中，在将当前结构参数作为活塞销的初始结构参数之后，还包括：根据活塞销的初始结构参数更新活塞参数和连杆参数；根据更新后的活塞参数和更新后的连杆参数建立活塞销强度分析模型；利用活塞销强度分析模型对活塞销的初始结构参数进行评价，得到第二评价结果；其中，第二评价结果包括：活塞销弯曲变形值、活塞销椭圆变形值、应力强度值和疲劳安全系数值；判断第二评价结果是否满足预设的第二设计要求；当第二评价结果不满足第二设计要求时，对初始结构参数进行调整，得到下一结构参数，将下一结构参数作为当前结构参数并返回根据活塞参数、连杆参数和发动机参数对当前结构参数进行评价，得到第一评价结果的步骤；当第二评价结果满足第二设计要求时，将初始结构参数作为活塞销的目标结构参数。

17、也就是说，在通过一维设计得到活塞销的初始结构参数的基础上，通过三维的活塞销强度分析模型来确定初始结构参数是否满足第二评价结果，由此可以使得初始结构参数能够满足活塞销的生产要求。本发明实施例通过有限元模型的仿真分析替代了活塞销的疲劳试验，节省了项目费用。

18、在一种可选的实施方式中，利用活塞销强度分析模型对活塞销的初始结构参数进行评价，得到活塞销弯曲变形值和活塞销椭圆变形值包括：在活塞销强度分析模型中提取预设工况下的活塞销外表面轮廓；根据活塞销外表面轮圈利用傅里叶变换计算活塞销弯曲变形值和活塞销椭圆变形值。

19、由此可以准确的确定活塞销弯曲变形值和活塞销椭圆变形值。

20、在一种可选的实施方式中，判断第二评价结果是否满足预设的第二设计要求包括：当活塞销弯曲变形值、活塞销椭圆变形值、应力强度值和疲劳安全系数值中存在至少一个不符合对应的判定标准时，判定第二评价结果不满足第二设计要求；当活塞销弯曲变形值、活塞销椭圆变形值、应力强度值和疲劳安全系数值均符合对应的判定标准时，判定第二评价结果满足第二设计要求。

21、由此可以准确的判断活塞销的当前结构参数是否满足第二设计要求。

22、第二方面，本发明实施例还提供了一种活塞销设计装置，装置包括获取模块、第一获取模块、第一评价模块、第一重置模块和初始结构参数确定模块；获取模块，用于获取活塞参数、连杆参数、发动机参数和活塞销的当前结构参数；第一评价模块，用于根据活塞参数、连杆参数和发动机参数，对当前结构参数进行评价，得到第一评价结果；第一判断模块，用于判断第一评价结果是否满足预设的第一设计要求；第一重置模块，用于当第一评价结果不满足第一设计要求时，对当前结构参数进行调整，得到下一结构参数，将下一结构参数作为当前结构参数并返回根据活塞参数、连杆参数和发动机参数对当前结构参数进行评价，得到第一评价结果的步骤；初始结构参数确定模块，用于当第一评价结果满足第一设计要求时，将当前结构参数作为活塞销的初始结构参数。

23、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的活塞销设计方法。

24、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的活塞销设计方法。