基于Abaqus的机油加注口盖密封分析

摘要： 用有限元法对某汽油发动机机油加注口盖进行密封分析，建立有限元模型并考虑塑料材料和接触非线性等，以考察其盖密封性能.分析结果表明，弹簧片产生的装配力和机油加注口盖局部的结构刚度等对密封结果有影响.分析获得合适的装配力，以满足密封要求.

关键词： 汽油机； 机油加注口； 密封分析

中图分类号： U464.1；TB115.1文献标志码： B

0引言

机油加注口盖的耐久性和可靠性对发动机机油加注口盖密封起着至关重要的作用，因此在设计前期，就必须对机油加注口盖密封性能进行预测分析.

随着CAE技术和计算机硬件水平的不断发展，结构有限元分析技术也越来越多地应用于发动机分析计算中.[12]在设计初期，即可通过有限元法进行材料、接触非线性等分析，通过结果评价等对设计改进提供参考.

本文利用Abaqus软件分析某机油加注口密封性能，为设计改进提供建议.

1有限元分析模型说明

1.1有限元模型的建立

利用前处理软件导入缸盖、机油加注口盖等三维CATIA数模，经精细几何清理后进行网格划分，并在局部倒角等进行网格细化.

模型包括缸盖、机油加注口盖和弹簧片等.简化缸盖，机油加注口盖采用六面体网格，其余部分采用2阶四面体网格.有限元分析模型见图1.鉴于Abaqus强大的非线性计算功能，可以进行螺栓预紧力、复杂接触非线性模拟等，该分析求解选用Abaqus求解器.（a）机油加注口盖有限元模型（b）剖面图图 1有限元分析模型

1.2材料特性

考虑温度影响.缸盖、缸体等材料的物理特性随温度变化，本文对材料属性进行适当简化.缸盖罩、机油加注口盖等采用PA66材料，温度取120 ℃，弹性模量为5 000 MPa，泊松比为0.35，弹簧片为钢材料.

2边界条件

2.1分析工况

缸盖温度较高，分析中缸盖、机油加注口盖温度设置为120℃，弹性模量为5 000 MPa，泊松比为0.35.选择Abaqus中分析算法的稳态分析方法（Static）.依次定义2个分析工况：工况1为装配工况，工况2为装配工况+热负荷工况，进行强度分析计算[3]，热负荷采用热分析的结构温度场结果.

2.2载荷

装配力，根据弹簧片装配压缩高度分析，设定装配力为140 N.

2.3约束

由于主要考察机油加注口盖密封，因此，缸盖螺栓安装处全约束.有限元模型加载示意见图2，并定义各接触面支架的接触关系.[4]

（a）机油加注口盖有限元模型（b）加载图 2有限元模型加载示意3 结果分析及改进

3结果分析和改进

3.1接触分析结果

根据以上模型，定义边界、材料属性和接触等，利用Abaqus计算得到变形等结果，装配后变形云图见图3，装配后密封面压强云图见图4.分析表明，缸盖变形略大，同时密封面压强较低，不满足设计要求，存在一定风险.

3.2影响因素分析

机油加注口盖安装区域缸盖局部刚度、装配力等对机油加注口处缸盖变形和密封面压强有重要影响.装配力增大，如果缸盖局部刚度不足，机油加注口盖区域缸盖变形过大，会导致密封性能下降；如果装配力过小，会导致密封压力不够，从而影响其密封性能.

图 3装配后变形云图

图 4装配后密封面压强云图

3.3改进分析

针对该问题，尝试不同装配力分析（本文未全部列出）和缸盖加强筋设计，最终选定装配力为500 N.考虑到模具设计成本等，机油加注口盖附近局部区域未做更改.

3.4改进结果

改进后的装配工况变形云图见图5，改进后的装配工况密封面压强云图见图6，可知，密封压力分布相近，压强提高，结果满足要求.图 5改进后的装配工况变形云图

图 6改进后的装配工况密封面压强云图

4结论

用Abaqus分析某汽油机机油加注口盖密封性能，为设计提供改进依据，得到以下结论.

（1）有限元模型中考虑机油加注口盖接触等非线性因素，为密封精细化分析提供条件.

（2）装配预紧力、机油加注口盖区域的刚度等，都会对密封产生影响.

（3）对装配力进行对比分析，得到合适的装配力，满足密封要求.

随着发动机结构有限元分析方法的发展，有限元技术在发动机结构刚度、密封预测分析中发挥着越来越重要的作用，也成为发动机可靠性评价的重要手段.参考文献：

[1]顾晓庆， 姜树李， 姚小兰， 等. 某四缸柴油机机体组合件结构有限元分析[C]//中国内燃机学会2009年学术年会论文集， 2008.

[2]杨万里， 许敏， 辛军， 等. 发动机缸盖耦合热应力分析[J]. 内燃机工程， 2007， 28（2）： 4750.

[3]杨磊. SL4105Z柴油机结构设计中的有限元计算[D]. 镇江： 江苏大学， 2006.

[4]庄茁， 由小川， 廖剑晖， 等. 基于Abaqus的有限元分析和应用[M]. 北京： 清华大学出版社， 2009.

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