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普通四缸發(fā)動機因為第2和第4軸承壁結(jié)構(gòu)和載荷基本一樣，并且第2，4主軸承壁的載荷最大，所以為了簡化模型，通常去除第3，4主軸承壁，留下第1，2和第5主軸承壁。同時為了考慮缸蓋螺栓對缸體主軸承壁的影響，將缸蓋簡化成一薄板后得到虛擬缸蓋模型。簡化后的模型如圖所示。為了得到主軸承的油膜壓力分布載荷，考慮到氣缸體與曲軸系彈性藕合的影響，建立了氣缸體組件的彈性體動力學模型(包括缸體和主軸承蓋)，并利用有限元子結(jié)構(gòu)方法對氣缸體組件模型進行模態(tài)縮減，最終形成柔性體動力學仿真模型。利用AVLEXCITE軟件建立如圖所示的曲軸系多體動力學模型，得到的軸瓦EHD載荷結(jié)果如圖所示。
缸體通風孔處的高周疲勞強度，從圖中可以看出，該處高周疲勞安全系數(shù)較低，需對此處機構(gòu)進行局部優(yōu)化。圖為主軸座和缸體的接觸情況，從結(jié)果來看，發(fā)生了局部的大滑移，這對主軸承座的可靠性和耐久性極其不利，需通過增加螺栓預緊力等措施來解決。針對分析的結(jié)果，提出了以下幾條設(shè)計改進意見：1)主軸承壁上各缸之間通風孔局部修改。2)原螺栓同軸襯套形式的定位方式改為兩邊定位銷定位。3)增大主軸承座螺栓預緊力，將原M9*1.25的12.9級螺栓改為M10*1.5的11.9級螺栓。4)主軸承壁的螺栓沉孔增大一定深度，滿足螺紋旋合長度的同時使螺栓預緊力遠離主軸承壁和主軸承座的接合面，使其分布更均勻。5)增加主軸座的高度，并局部增加材料，以滿足螺栓預緊力增加而產(chǎn)生的更大應(yīng)力。6)兩螺栓間距增加2mm。
通過多種CAE手段利用成熟的評價方法對結(jié)構(gòu)復雜的主軸承壁進行了強度分析，并且針對原有主軸承壁的結(jié)構(gòu)分布情況提出了幾處設(shè)計改進意見。改進后的主軸承壁有如下優(yōu)點：1)應(yīng)力幅值有所降低，尤其是在各缸的通風孔處，應(yīng)力幅值得到了有效的降低；整個主軸承壁的高周疲勞(HCF)安全系數(shù)也由此提高了約17%，滿足強度設(shè)計標準。2)主軸承壁和主軸承座的接觸滑移得到了改善，較大地降低了兩者間的滑移量，避免了兩者間的相對磨損，提高了軸承座的可靠性和耐久性。整個過程采用仿真技術(shù)手段，降低了設(shè)計風險；對結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化意見，成功地解決了發(fā)動機設(shè)計過程的問題，對后續(xù)的試驗開發(fā)有著很好的指導意義。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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