浅析某点火线圈安装板疲劳的问题

1、浅析某点火线圈安装板疲劳的问题    1、有限元分析1.1 点火线圈安装板模型的建立 采用三维软件对点火线圈安装板进行建模。将模型导入到Hypermesh软件中，对导入的点火线圈安装板模型进行网格划分。安装板网格模型图如图1所示。 图1 安装板网格模型1.2有限元分析结果 对图1所示的点火线圈安装板网格模型进行有限元应力计算，设定其材料属性，弹性模量E=2.07e+5MPa,泊松比为0.3，密度为7.9e+3kg/m3。计算结果如图2所示。图中的应力深蓝色表示应力最小，红色表示应力最大。红色处的应力值为505.04MPa，改应力值大于安装板所用材料的许用

2、应力。同时有青绿色出现的位置应力也相对较大。 图2 安装板计算结果2点火线圈安装板振动疲劳试验研究 2.1试验目的 试验目的：对点火线圈的安装板进行振动疲劳试验，发现安装板疲劳断裂程度及断裂位置，为改进安装板的设计提供依据。 2.2试验设备 试验设备由电动振动实验台、功率放大器、超低频扫频信号发生器、数字电压表、电荷放大器、振动加速度传感器和示波器等仪器组成。测试系统框图如图3所示： 图3 测试系统框图 2.3 试验条件 扫频条件 50100 Hz/10 min 振动加速度 43.1 m/（有效值） 振动方向 分别沿着x,y,z三个坐标轴方向振动 振动时间 每个坐标轴轴向分别为20 小时2.4

3、 试验过程及结果 试验中，试件通过专用夹具安装在试验台上。安装的时候，把铅直方向定义为Z轴方向，水平X、Y方向分别为点火线圈的长度方向和宽度方向。安装示意见图4。 图4 坐标示意图 按照图3测试系统框图安装连接实验设备及试件。试验信号是由超低频信号发生器提供的正弦扫频信号。信号经功率放大器放大，放大后的正弦扫频信号带动振动台振动。安装在振动台上的加速度传感器拾取的加速度振动信号，振动信号经电荷放大器输送到示波器及电压表进行显示。现场试验人员观察并记录信号的变化情况。 在Z方向对点火线圈安装板进行振动疲劳试验。启动信号发生器，将扫频条件设置为：50100 Hz/10 min，调节功率放大器，同时

4、观察示波器，使振动加速度有效值为43.1m/s2。Z方向试验时间为20小时，每经过1小时，试验人员停机检查一次试件的情况。经历20小时振动之后，观察试件外观正常，没有螺丝松动、裂痕、裂纹等现象出现。然后改变振动方向，进行X方向振动，振动过程和Z方向相同。经历X方向20小时振动后试件外观正常，无螺丝松动、裂痕、裂纹等现象出现。再次改变振动方向，在Y方向进行试验，在试验开始70分钟后，试件出现纵向裂纹，位置为图5中的位置。120分钟后，位置出现纵向断裂；160分钟后，试件的右边线圈螺栓振断，脱落，位置为图中的 位置；280分钟后试件中间线圈螺栓振断，明显松动，出现横向断裂，位置为图中的位置。试验停

5、止。试件损坏情况如图5所示： 图5损坏的试件2.5 试验分析 点火线圈在振动试验中，当沿着Y方向振动的时候容易导致其机械结构出现裂纹、断裂，甚至是点火线圈绕组由于固定螺栓断裂而从支架上脱落。从结构上分析，主要是由于安装板上的安装孔位置分布不合理，使得点火线圈安装系统在振动中形成“悬臂式”的安装方式，从而导致了支架结构在某些位置会出现应力过大的情况。由图3和图5比较可以看出，有限元计算和试验结果基本一致：即安装板在图5所示的、处都出现应力过大的现象。3、改进措施及其验证3.1 改进措施 通过有限元和试验分析可知安装板在图5所示的、所示机械结构处都出现应力过大的现象。因此对安装板的机械结构进行改进

6、。建议将断裂处的缺口改过度圆弧形状，断裂处的板加厚2mm。3.2 改进后安装板应力计算 对改进后的模型进行网格划分如图6所示，应力计算结果如图7所示。图6 改进后的网格图 图7 改进后安装板计算结果 从图7可以看出，改进后的点火线圈安装板的应力计算结果显示，改进前的、断裂处的应力小于材料的许用应力。 同时，对改进后的点火线圈安装板也做了振动疲劳试验，在规定的实验条件下进行实验，实验结束后整个安装板没有螺丝松动、裂痕、裂纹等现象出现。因此说明改进措施合理。4、结语 通过有限元和振动疲劳试验分析，发现原点火线圈安装板由于机械结构不合理，导致某些位置应力集中。而改进后的安装板消除了应力集中的现象，从而提高了点火线