某三缸汽油机曲轴箱强度及疲劳有限元分析

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摘 要：对某三缸汽油机的曲轴箱强度及疲劳进行有限元分析，确定曲轴箱在装配预紧力与动态载荷的作用下，强度与疲劳是否满足要求，为设计的合理性奠定基础。

关键词：三缸汽油机;有限元;强度;疲劳

中图分类号：U467.2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2018）23-134-03

Finite element analysis of strength and fatigue of crankcase of athree-cylinder gasoline engine

Chen Long， Hu Peng xiang， Wang Ying jie， Chen Liang， OuYang Cai yun

（ Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd.， Anhui Hefei 230601 ）

Abstract： Finite element analysis of crankcase strength of a three-cylinder gasoline engine， determine whether the strength and fatigue of crankcase meet the requirements under the action of assembly preload and dynamic load， so as to lay a founda -tion for the rationality of design.Keywords： Three-cylinder gasoline; FEM; Strenhth; FatigueCLC NO.： U467.2  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2018）23-134-03

引言

曲轴箱的强度分析对发动机至关重要，曲轴箱分析内容主要为缸体、主轴承盖及轴瓦的强度分析和疲劳分析，而上述零部件均为曲轴在发动机的正常运转提供有效支撑。一旦出现失效的情况，后果非常严重。

1 计算机模型

具体分析项目可以将主轴承壁分析分成三个大的工况：（1）最大螺栓预紧力、最大轴瓦过盈量;（2）最小螺栓预紧力、最小轴瓦过盈量;（3）最小螺栓预紧力、最大轴瓦过盈量。

2 最大螺栓预紧力、最大轴瓦过盈量

2.1 缸体应力分布

缸体材料牌号为HT250，结合最大、最小主应力分布图，可知应力结果合理，最小主应力峰值470Mpa，小于750Mpa。

2.2 主轴承盖应力分布、等效塑性应变（PEEQ）

取曲轴转角在1476位置时，主轴承盖应力、应变分布结果。

主轴承盖材料为AVL_GJS-500，结合主轴承盖应力分布图，可知平均应力、最大主应力、最小主应力均没有超过限值，结果合理。

根据等效塑性应变结果，PEEQ值最大为0.0012，小于0.002的限值，结果合理，符合要求。

2.3 轴瓦切应力分布

分别取装配阶段中Shellcrush（冷态）、Warmengine（热态）分析步结果考察轴瓦切应力分布。

由上图可知，冷态时轴瓦平均切应力为270Mpa，热态时轴瓦平均切应力为300Mpa，均小于评价标准350Mpa，结果符合要求。

2.4 缸体、主轴承盖高周疲劳安全系数计算

高周疲劳计算可以使用FEMFAT进行，以缸体和主轴承盖为分析对象。一般，安全系数需大于1.1。定义材料属性时存活率设置成50%，计算时材料存活率设置成99.99%。缸体、主轴承盖高周疲劳计算结果如图7、8、9所示。

由图7、8、9可知，缸体、轴承盖表面疲劳安全系数均大于评价标准1.1，结果合理。

3 最小螺栓预紧力、最小轴瓦过盈量

计算最小螺栓预紧力、最小轴瓦过盈量下的轴瓦背压。结果如图10、11所示，冷态时轴瓦平均背压为18Mpa，熱态时轴瓦平均背压为20Mpa，均大于评价标准10Mpa，结果合理。

4 最小螺栓预紧力、最大轴瓦过盈量

加载最小螺栓预紧力、最大轴瓦过盈量，计算接触面滑移量，计算所得CSLIP1与CSLIP2分别为X、Y向滑移量，则最大滑移量计算公式为：

DCSLIP_MAX分布在新产生的Session_Step中查看，结果如图12、13所示。

最大滑移量DCSLIP_MAX

5 结论

通过有限元分析可知某三缸汽油机的缸体应力分布、主轴承盖应力分布、等效塑性应变（PEEQ）、轴瓦切应力分布、缸体、主轴承盖高周疲劳安全系数计算、冷热态时轴瓦平均背压均合理，满足要求;最大滑移量12μm>标准滑移量10μm，但在可接受范围内。通过仿真分析为曲轴箱的可靠性设计奠定了基础。

参考文献

[1] 石亦平，周玉蓉.Abaqus 有限元分析实例详解.机械工业出版社. 2006.

[2] 杨连生.内燃机设计.中国农业机械出版社.1981.

[3] 杨万里，许敏，刘国庆.发动机主轴承座结构强度分析研究[J].内燃机工程.2007.

[4] 李嘉，赵雨东.柴油机主轴承座有限元分析[J].车用发动机.2007.

[5] 倪成鑫，路明等.某三缸汽油机主轴承壁强度计算.汽车使用技术. 2017.

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