ABAQUS某型发动机主轴承壁强度疲劳分析

1 发动机主轴承壁强度分析发动机主轴承壁强度分析 邹吉利 辽宁朝阳柴油机有限责任公司技术中心 辽宁 朝阳摘摘 要 要 本文使用 AVL EXCITE 软件对某款发动机主轴承进行 EHD 分析 选择最大爆发压 力工况最危险时刻的主轴承载荷 将主轴承油膜压力结果映射到主轴承壁计算网格表面 使 用 ABAQUS 软件对主轴承壁的螺栓预紧工况 轴瓦过盈工况 轴承载荷工况等工况进行强 度分析 并进行高周疲劳分析 对计算结果做出合理评价 提出结构改进建议 关键词 关键词 主轴承壁 疲劳分析 EHD 油膜压力 主要软件主要软件 ABAQUS AVL EXCITE 1 前言 发动机缸体结构及其受力情况都比较复杂 随着有限元法的不断成熟和完善 对发动机 进行有限元分析在发动机开发过程中起到越来越重要的作用 其中主轴承壁有限元分析在发 动机缸体开发过程中有着非常重要的作用 因此准确对主轴承壁进行疲劳寿命校核非常有必 要 不但降低发动机开发成本 而且显著缩短了发动机的开发时间 本文对新开发的某款发动机 使用 AVL EXCITE 软件进行多体动力学模拟 对主轴承 进行详细分析 并将主轴承的油膜压力映射到主轴承壁的轴瓦表面 然后利用 ABAQUS 软 件进行强度分析 确保主轴承壁 主轴承座设计的可靠性 合理性 2 EHD 轴承载荷的提取 根据主轴承所受的轴承力和弯矩 通过综合考虑确定最危险的工况点 提取轴承载荷进 行主轴承壁的计算 在 730deg 754deg 1268deg 1430deg 时轴承的载荷最苛刻 所以提 取这四个角度的载荷进行主轴承壁的强度计算 第二主轴承 EHD 结果 主轴承 730deg 时总压力 2D 示意图 主轴承 754deg 时总压力 2D 示意图 2 主轴承 1268deg 时总压力 2D 示意图 主轴承 1430deg 时总压力 2D 示意图 3 主轴承壁强度及疲劳分析 3 3 1 1 主轴承主轴承壁壁有限元模型有限元模型 主轴承座有限元分析模型如图 11 所示 包括缸体 主轴瓦 主轴承座 主轴承螺栓 缸盖螺栓 缸盖 3 23 2 主轴承主轴承壁壁有限元模型有限元模型计算边界条件计算边界条件 3 3 3 3 3 主轴承主轴承孔螺栓预紧力变形计算孔螺栓预紧力变形计算 主轴承壁强度计算要考虑螺栓预紧力 轴瓦过盈量 轴承载荷的综合影响 计算时先进 行螺栓预紧力工况 此工况没有轴瓦 的计算 在有螺栓预紧力影响的基础上再进行轴瓦过 盈工况的计算 在螺栓预紧力和轴瓦过盈共同作用的影响下再进行轴承载荷的计算 即螺栓 预紧力工况 螺栓预紧力 轴瓦过盈工况 螺栓预紧力 轴瓦过盈工况 轴承载荷工况 这是和实际工作情况相符合的 这样进行计算要先消除螺栓预紧力引起的主轴孔变形的影 响 因为在实际生产过程中螺栓预紧力引起的主轴孔变形被机加工去掉 所以先进行最大螺 栓预紧力和最小螺栓预紧力两种情况的计算 得到主轴承孔的变型量后进行反圆处理 避免 螺栓预紧力引起的变型量对计算结果的影响 3 3 4 4 主轴承壁螺栓预紧主轴承壁螺栓预紧力力工况模拟计算工况模拟计算 缸盖螺栓和主轴承螺栓的最大预紧力为 118120N 主轴承壁最大主应力 boltmax 4 3 3 5 5 最大螺栓预紧力最大螺栓预紧力 最大轴瓦过盈工况最大轴瓦过盈工况模拟计算模拟计算 轴瓦最大过盈量为 62 65 m 最小轴瓦过盈量为 42 1 m 主轴承壁Mises应力 boltmax shellcrushmax 主轴承座Mises应力 boltmax shellcrushmax 3 3 6 6 最大螺栓预紧力最大螺栓预紧力 最大轴瓦过盈最大轴瓦过盈 轴承载荷工况模拟计算轴承载荷工况模拟计算 分别计算转速 2600rpm 曲柄转角为 730 1268 两个危险工况 主轴承壁Mises应力 boltmax shellcrushmax EHD730 主轴承座Mises应力 boltmax shellcrushmax EHD730 3 7 3 7 主轴承孔的变形结果主轴承孔的变形结果 主轴瓦与主轴颈的间隙是 92 m 主轴孔的最大变型量是 23 m 小于 64 4 m 的限值 要求 主轴孔的变形复合设计要求 第二主轴承孔变形 5 3 83 8 机体和主轴承座接触面分离的评判机体和主轴承座接触面分离的评判 从接触面的接触压力看没有发生接触面分离的现象 最小螺栓预紧力 最大轴瓦过盈 最大把 法载荷 3 93 9 机体和主轴承座接触面滑移的评判机体和主轴承座接触面滑移的评判 接触面滑移量为 2 3 m 在 4 m 的安全限值内 3 103 10 主轴承主轴承壁壁疲劳模拟计算疲劳模拟计算 螺栓预紧载荷 轴瓦过盈载荷的计算结果作为疲劳计算的最小载荷 螺栓预紧载荷 轴 瓦过盈载荷 轴承载荷的计算结果作为疲劳计算的最大载荷 计算主轴承壁和主轴承座存活 率为 99 99 的高周疲劳安全因子 主轴承壁高周疲劳安全因子 boltmax shellcrushmax EHD730 6 主轴承座高周疲劳安全因子 boltmax shellcrushmax EHD730 主轴承壁的最小高周疲劳安全因子是 1 15 满足设计要求 主轴承座的最小高周疲劳安 全因子是 1 12 大于 1 1 的最低安全要求 所以发动机的爆发压力提高后主轴承座 主轴承 壁的强度满足设计要求 4 结论 1 在最高爆发压力工况下 使用灰铁250材料 主轴承壁和主轴承座右足够的强度 2 主轴承孔的变形满足要求 3 主轴承壁和珠轴承座接触面的相对滑移量 接触分离行为满足要求 4