基于有限元的缸孔变形量分析

基于有限元的缸孔变形量分析基于有限元的缸孔变形量分析 路明 1 朱凌云 1 1 安徽江淮汽车技术中心动力研究院 摘要 摘要 在发动机工作过程中 缸套的变形直接影响到气缸套与活塞环间的间隙以及缸套与缸盖间 的密封性 从而导致机油消耗增加 产生窜漏 增加损耗和燃油消耗 本文采用有限元方法重点 研究预紧力作用下的气缸套失圆问题 关键词 关键词 ABAQUS 气缸套 失圆 有限元 预紧力 伴随着现代发动机的迅速发展 气缸套在工作中承受着越来越高的热负荷 气动载荷和机械 载荷 不可避免地出现缸套失圆现象 气缸套失圆问题的复杂性和发动机结构特性决定了使用解 析的理论分析方法和试验研究方法研究该问题存在一定的局限性 本文使用有限元的方法 研究 缸孔的各截面和径向变形量 1 缸套失圆的数学表达和图形表示缸套失圆的数学表达和图形表示 缸套失圆可以用傅立叶级数来描述 通过傅立叶级数对缸套失圆进行评估 假设 为变 形缸套的外形 其中 表示极坐标角度 那么 可近似表达为如下形式 cos 1 0k N k k kAr 其中k为变形阶次 为相位角 也可以用 cos 2cos 2 cos 2 sin 2sinsincos 2coscos max 2 2max 1 1max 0 21210 i i ii i i UUU A iBBBiAAAAR 其中 22 maxiii BAU i i i A B i arctan 1 上述公式的图形表示如下 图图 1 缸孔失圆形式缸孔失圆形式 根据变形出现的条件 可以将变形分为静态变形和动态变形 上图中 0 阶 1 阶 4 阶变 形为静态变形 2 3 阶及更高阶次数的变形为动态变形 0 阶和 1 阶变形主要是由制造公差和装 配公差引起的整体尺寸和位置上的变化 而本文主要研究由螺栓预紧力引起的 4 阶的变形 2 螺栓预紧力的确定螺栓预紧力的确定 螺栓的最小预紧力 2 2 0 min 31 0 TT A F 其中 155 1 2 3 min 0 p p T T d p d d 2 0 螺栓材料的最小屈服强度 p d 螺纹中径 min d 螺纹小径 p 螺距 摩擦系 数 A 螺栓的最小有效面积 3 有限元模型及边界条件有限元模型及边界条件 分析模型包括缸体 缸盖 缸垫 气门座圈 气门导管和缸盖螺栓 如图 1 所示 载荷有气 门座圈以及气门导管的过盈量 缸盖螺栓的预紧力 图图 2 有限元模型有限元模型 4 结果分析结果分析 计算结果表明 2 3 缸缸孔变形量满足限值要求 而 1 4 缸傅立叶展开后第四阶的变形量 超过限值要求 位置在距缸孔上表面 38 44mm 处 如图 3 4 所示 从直线度可以看出 1 缸 缸孔在 45 度的位置变形量过大 4 缸缸孔在 45 度 135 度 225 度和 315 度均过大 如图 5 6 所示 图图 3 第一缸各阶次缸孔变形量第一缸各阶次缸孔变形量 图图 4 第四缸各阶次缸孔变形量第四缸各阶次缸孔变形量 图图 5 第一缸缸孔直线度第一缸缸孔直线度 图图 6 第四缸缸孔直线度第四缸缸孔直线度 图图 7 修改后第一缸各阶次缸孔变形量修改后第一缸各阶次缸孔变形量 图图 8 修改后第四缸各阶次缸孔变形量修改后第四缸各阶次缸孔变形量 修改缸孔壁厚从修改缸孔壁厚从 6mm6mm 增加到增加到 8mm8mm 后计算得出各缸均满足要求 后计算得出各缸均满足要求 5 结论结论 缸孔变形量分析可以得出 1 4 两缸 4 阶变形量过大 通过修改缸孔厚度使各阶次变形量都满 足要求 通过有限元分析可以在设计初期得到缸孔失圆情况 避免后期试验产生拉缸 窜漏和机油消 耗等问题 参考文献 1 J Prescot Applied Elasticity New York Dover Publications 1946 2 Klaus Loenne The Goetze Cylinder Distortion Measurement System and the Possibilities of Reducing Cylinder Distortions SAE Paper880142 3 Franz Koch Cylinder Liner Deformation Analysis Measurements and Calculations SAE Paper980567 4 刘玉梅 袁文华 175F 柴油机气缸套温度场有