耿广锐_商用车发动机飞轮壳强度分析

Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 商用车发动机飞轮壳强度分析 商用车发动机飞轮壳强度分析 耿广锐 严锦伟 耿广锐 严锦伟 东风商用车技术中心 - 1 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 商用车发动机飞轮壳强度分析商用车发动机飞轮壳强度分析 The Strength Analysis of Flywheel Housing in the Commercial Vehicle Engine 耿广锐 1 严锦伟2 （东风商用车技术中心） 摘摘 要：要：在商用车行驶过程中，飞轮壳经常容易出现开裂现象，这就使其满足强度要求在设计中显 得尤为重要。应用有限元方法对某型号发动机的飞轮壳进行了弯曲工况下的强度分析，通过分析结 果找出原设计方案的危险部位并提出改进方案， 最终成功确定设计方案使其危险部位应力大大降低。 关键词：关键词：商用车，飞轮壳，强度要求，弯曲工况 Abstract: The flywheel housing, in the commercial vehicle, is inclined to crack during the driving process. Therefore, it is very important to meet the strength requirements during the designing stage. The strength analysis of the flywheel housing for one model of engine in the bend working condition was carried out using FEM, and the most dangerous part was found and the new method was put forward through analysis. Finally, the design was confirmed, and the stress of the dangerous part was decreased. Key words: commercial vehicle, flywheel Housing, strength requirement, bend working condition 1 引言引言 众所周知，利用有限元法进行结构分析可以减少成本、缩短工作周期。而且只要保证模型 和边界条件的准确性，就能得到精确的计算结果。发动机是汽车的心脏，在其开发过程中对其各 个部件的强度和刚度要求是最基本的。以某商用车发动机飞轮壳为研究对象，应用结构分析软件 HyperWorks 对其进行了不同结构形式下的强度对比分析，最终在开发的早期阶段就能找到最合理、 经济的设计方案。 2 结构模型化结构模型化 分析选用的模型为四缸商用车发动机飞轮壳，根据分析经验，飞轮壳的危险工况应该是静态弯 曲工况。 对发动机飞轮壳进行静态弯曲强度分析,通过分析结果指出原设计方案的高应力部位及改进 后方案的可行性。本次分析模型划分四面体单元 557982 个,节点 143513 个,图 1 为有限元模型图。 - 2 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 图 1 发动机飞轮壳有限元模型(前后两面) 对飞轮壳与车架发动机后悬置的 8 个安装点以及发动机前悬置支架 2 个安装点进行约束。考察 飞轮壳承受发动机(474Kg)及变速箱(170 Kg)自重在 8.5G 加速度工况下的受力情况，具体加载方式 如下图 2 所示： 图 2 边界条件示意图 飞轮壳所用材料为铸铁，泊松比=0.3，弹性模量 E=110GPa。 3 刚度分析结果刚度分析结果 在本文所示分析工况下，飞轮壳的最高应力部位发生在悬置孔位置处，原因是该孔与变速箱安 装孔产生贯穿现象。图 3 为该孔处的应力分布图，为了降低该处的应力水平，设计人员提出了三个 改进方案。方案 1 是将悬置上表面减薄 5mm，方案 2 是将该悬置孔上移 20mm(见图 4)，方案 3 建 议设计人员将原先的两个孔（黄色孔）抹掉。除掉悬置外，在飞轮壳结构上的其它高应力部位如图 5 所示。 - 3 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 表 1：飞轮壳各方案高应力部位的应力值（单位：MPa） 部位 原方案 方案 1 方案 2 方案 3 悬置孔处 137 151 63 52 A 32 31 34 33 B 26 24 23 22 C 27 25 30 28 D 29 29 32 30 E 31 27 29 28 F 28 26 28 28 G 22 22 25 25 H 29 29 32 32 图 3 飞轮壳悬置处的局部应力分布图（单位：MPa） 图 4 飞轮壳改进方案 2 示意图 - 4 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 图 5 除悬置外飞轮壳的其他高应力部位（单位：MPa） 4 结果分析与讨论结果分析与讨论 飞轮壳悬置处安装孔的应力值偏高达到 137MPa， 其原因是该孔与变速箱安装孔产生贯穿现象， 为了降低该处应力水平进行了几个方案改进，方案 1 是减薄悬置上表面 5mm，计算后应力为 157 MPa，效果不理想；方案 2 是将有贯穿现象的两个孔上移 20mm，计算后应力为 63MPa，相比原方 案降低幅度为 54%，其它部位应力也无多大变化，效果明显；方案 3 是在方案 2 基础上将原先两个 孔抹掉，计算后应力为 52MPa，相比原方案降低幅度为 62%，其它部位应力变化不大，效果最好。 飞轮壳其它部位的应力水平较低，飞轮壳悬置处的局部改进对其它高应力部位的影响很小。 5 参考文献：参考文献： 1 汤定国. 汽车发动机构造与维修. 北京：人民交通出版社, 2005 2 魏庆曜. 发动机与汽车理论. 北京：人民交通出版社，1998 3 付永华. 有限元分析基础. 武汉：武汉大学出版社，2003,8 4 赵诒枢，吴云存. 工程力学. 湖北：湖北汽车工业学院，2000 5 卢耀祖，周中坚等. 机械与汽车结构的有限元分析. 上海：同济大学出版 1997 6 王勋成，邵敏. 有限