111曲轴强度分析方法对比长城汽车张振兴等

111曲轴强度分析方法对比长城汽车张振兴等 曲轴强度分析方法对比张振兴关莹（长城汽车股份有限公司动力研究院，河北省保定市）摘要本文主要介绍了在AVL EXCITE软件中分析曲轴强度的两种方法，应用这两种分析方法对某一曲轴进行强度计算。 对比两种方法所得的结果，评价两种方法在工程上应用的优劣。 关键词AVL EXCITE；曲轴强度分析方法主要软件AVL EXCITE；Abaqus；FEMFAT1.前言应用AVL EXCITE软件计算曲轴强度存在很多方法，其中得到广泛应用的有两种，第一种方法是在Power Unit中计算受力，用Designer查找危险曲柄臂及对应转速，然后计算曲柄臂圆角的疲劳强度；第二种方法是应用Power Unit计算受力，然后计算各个转速下所有圆角的疲劳强度。 第一种方法由于只计算了部分曲柄臂圆角的疲劳强度，所以计算时间较短，加快了曲轴的开发进度，但是存在所选曲柄臂不一定是最危险曲柄臂的可能，给设计带来了一定风险。 应用第二种方法，消除了第一种方法的风险，但是计算时间会很长。 本文应用这两种方法对同一轴系进行计算分析对比，观察哪一种方法更适合在工程上应用。 2.曲轴系模型建立2.1缸体部分有限元模型为了利用Excite Power Unit软件进行轴系的动力学计算，需要将缸体、主轴承座、轴瓦进行网格划分，其中缸体、主轴承座采用C3D10M单元，轴瓦采用C3D8I单元。 轴瓦分为不均等的7层节点，刚度设置为1:1:3:5:3:1:1。 如图1和图2所示。 图1缸体部分有限元模型图2轴瓦有限元放大模型2.2曲轴系有限元模型应用Shaft Modeler软件里轴系识别功能得到曲轴系模型，如图3。 图3Shaft Modeler模型2.3曲柄臂有限元模型曲柄臂有限元模型采用C3D10M与C3D20单元。 即在曲轴圆角危险截面对应的120范围内截取圆角及其周围一部分做C3D20单元，因为这是曲轴最危险的部分。 其它位置采用C3D10M单元，以减少计算时间。 曲柄臂有限元模型如图4。 计算过程中，对曲柄臂加载单位载荷，进行计算得到结果，如图5。 图4曲柄臂有限元模型图5单位载荷结果2.4Excite模型图6为Excite二维模型及三维模型。 其中连杆采用Conrod Modeler进行辨识。 图6Excite PowerUnit模型3.计算结果分析由于两种方法的特殊性，我们计算全部圆角的安全系数，对比第一种方法转化到Designer中计算得到的比较系数，即可观察到第一种方法是否选择到了最危险的曲柄臂。 计算所得某一曲柄臂圆角的安全系数如图7。 在此不再一一列举。 图7某一曲柄臂圆角的安全系数将所有的安全系数统计到Excel表中生成曲线图，与Designer比较系数曲线图对比，如图8所示。 Main JournalFillet4.5Co mpa rison Fact or(-)3.6252.751.87511000150020002500300035004000engine speed(rpm)图8安全系数与比较系数通过以上对比不难发现主轴颈安全系数最低出现在第二臂2500rpm，而比较系数出现在第一臂1600rpm。 只有选择的危险曲柄臂及对应转速足够多，最危险工况才可以被选择到。 曲柄销安全系数最低是在第一臂1800rpm、2000rpm，而曲柄销的比较系数最小出现在第八臂3000rpm。 同样的，只有选择的危险曲柄臂及对应转速足够多，最危险工况才可以被选择到。 观察其它曲柄臂圆角安全系数与比较系数的变化趋势，可以发现二者存在一些差异。 4.结语通过两种方法的对比，我们认为第一种方法可以节省大量的计算时间，但是存在选择不到最危险曲柄臂的风险，给曲轴的设计带来一定的安全隐患。 若采用此方法，应该尽量多选择危