柴油机与汽油机相比,具有热效率高、扭矩大、油耗低、耐久性好等特点,在各个领域应用广泛。柴油机活塞与缸套之间的配合间隙直接影响到缸套-活塞组的工作表现,适当减小配缸间隙可以有效改善活塞敲击噪声和发动机的振动,然而若配缸间隙过小,又可能导致活塞与缸套之间的润滑油膜被破坏,二者之间的配合变差,摩擦功耗上升,甚至造成拉缸。因此,为了改善活塞-缸套的匹配特性,在设计过程中就必须要考虑活塞与缸套之间的配缸间隙。在柴油机工作过程中,活塞运动轴心偏离缸套中心轴线,加之活塞和缸套产生明显的热变形和机械变形,不同位置的配缸间隙又受裙部型线影响存在一定差异,这就使得对工作状态下活塞与缸套间的最小径向高度即工作配缸间隙的确定困难重重。为了对配缸间隙进行合理设计,本文对活塞与缸套之间的配合进行研究,以某四缸柴油机为原型机开展仿真分析。首先对活塞展开有限元分析,建立活塞、活塞销以及连杆小头的耦合网格模型,以改善单一活塞结构有限元计算中出现的约束不合理导致的应力集中现象。通过经验公式以及外流场仿真获取活塞表面对流换热系数,以此作为边界条件仿真获得温度场分布以及热-机耦合作用下的变形。采取同样的计算流程求取缸套壁面的对流换热系数,建立缸套与其附近部件耦合网格模型,分析缸套的温度场以及位移分布,获得缸套在预紧力、温度载荷和机械载荷共同作用下各节点的位移量,为提取活塞和缸套的变形轮廓曲线做好前期准备。提取活塞和缸套的位移,利用最小二乘法的数学思想分别拟合活塞和缸套的圆心,获得整体在水平面上位移量,将活塞变形后的节点坐标和整体偏心量之差与活塞裙部外圆轮廓节点位置进行差值分析,获得活塞的变形轮廓曲线。将缸套变形后拟合圆心获得的偏心量作为缸套的一阶位移,通过傅里叶变换和逆变换剔除一阶偏心,获得缸套的变形轮廓型线。搭建整机多体动力学模型,将活塞-缸套变形、活塞缸套间初始设计配缸间隙以及活塞型线分别作为单一变量,对活塞-缸套间最小工作间隙进行研究,并分析缸套-活塞裙部润滑状态及缸套振动特性。结果表明,缸套、活塞的热机耦合变形导致最小名义间隙高度减小约37%。缸套各阶次变形的影响程度不同,随着阶次增高,变形量波动对润滑和振动特性的影响减小,在对工作配缸间隙进行优化设计时应着重考虑缸套二阶变形。活塞型线的引入使得最小名义间隙高度增大5.1倍,而设计配缸间隙对结果影响较小。选取活塞裙部型线五个重要参数,设计正交试验方案进行分析。发现不同活塞裙部型线设计参数对各评判指标的影响权重和显著程度存在差异,需针对不同的设计需求对各影响因素进行优化设计,综合考量润滑和振动特性以确定最优型线设计方案。活塞裙顶部缩进量ΔGt对最小名义间隙高度和最小油膜厚度的影响权重最大,且对最大油膜压力也有较为显著的影响,中凸点高度hm对摩擦功耗峰值影响显著,而椭圆度系数a则对缸套振动特性的影响极为显著。