專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法。
背景技術(shù)：
主軸承座作為曲軸的承載體，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，起著非常重要的作用。它的破壞會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)噪音大并降低發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。由于主軸承座一直處于承受著拉、壓、彎曲及振動(dòng)等復(fù)雜應(yīng)力工作狀態(tài)，且同一時(shí)刻作用在各個(gè)氣缸體上的反扭矩的大小跟方向都各不相同，所以主軸承座還承受扭轉(zhuǎn)作用。這種復(fù)雜的受載狀態(tài)增加了主軸承座設(shè)計(jì)的難度。當(dāng)前主軸承座設(shè)計(jì)大多是采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或者參照樣機(jī)進(jìn)行，然后通過試驗(yàn)不斷對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改優(yōu)化，直到滿足工作要求為止。因此開發(fā)周期長(zhǎng)，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種高效的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法。根據(jù)本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，包括以下步驟
A、建立有限元模型將發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座系統(tǒng)的部件包括缸蓋、缸體、主軸承座，曲軸，軸瓦，螺栓等進(jìn)行分組，按各組的網(wǎng)格要求進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后對(duì)不同的部件分別賦予各自的材料屬性；
B、根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況對(duì)各部件分別施加相應(yīng)的約束條件與載荷，其中，載荷至少包括螺栓預(yù)緊力、曲軸軸瓦和軸承座裝配時(shí)的過盈、爆發(fā)壓力三種，相應(yīng)的實(shí)際工況至少包括螺栓預(yù)緊力工況、軸瓦裝配工況、動(dòng)軸瓦工況；然后進(jìn)行強(qiáng)度分析；將計(jì)算的各工況疊加作為主要的載荷譜來求解主軸承座的疲勞安全，計(jì)算疲勞安全因子，疲勞安全因子利用材料的S-N曲線得到修正的零部件的S-N曲線和應(yīng)力比滿足-1 ^ R ^ 1的各種S-N曲線的 Haigh疲勞極限圖求得；
C、結(jié)果評(píng)價(jià)至少包括以下方面的結(jié)果評(píng)價(jià)動(dòng)軸瓦工況下主軸承孔的變形，軸孔剛度是否足夠；主軸承座各部件的當(dāng)量應(yīng)力是否在安全極限內(nèi)；軸瓦背壓是否在要求范圍內(nèi)；框架與缸體的接觸面在各工況作用下的分離及其相對(duì)滑移情況是否在要求范圍內(nèi)；主軸承座各部件的疲勞安全因子是否在要求的范圍內(nèi)；
D、若所述C步驟的結(jié)果評(píng)價(jià)均設(shè)計(jì)達(dá)到要求，則強(qiáng)度分析結(jié)束；若C步驟中任一方面結(jié)果評(píng)價(jià)達(dá)不到要求時(shí)，則重新設(shè)計(jì)方案，并重復(fù)A、B、C步驟。本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的計(jì)算功能，通過有限元分析方法對(duì)主軸承座系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度與疲勞分析，可以在初期樣件試制之前就模擬到主軸承座在各種工況下的工作情況， 并且可以多種方案進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)對(duì)比，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本。若主軸承座結(jié)構(gòu)中含有嵌塊，則在B步驟中載荷的種類還包括熱載荷，相應(yīng)的實(shí)際工況還包括熱載荷工況。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座種類中，對(duì)于主軸承作結(jié)構(gòu)中還有嵌塊的， 還應(yīng)考慮熱載荷對(duì)主軸承座系統(tǒng)各部件的影響。所述B步驟中，曲軸對(duì)主軸承座的爆發(fā)壓力載荷僅包括最大氣體爆發(fā)壓力的載荷?？紤]到計(jì)算成本以及實(shí)際爆發(fā)力的影響，對(duì)主軸承座受力可作相應(yīng)簡(jiǎn)化，最大氣體爆發(fā)壓力可采用集中載荷加載的辦法。所述A步驟中，所述軸瓦、曲軸以及主軸承座附近的區(qū)域網(wǎng)格尺寸較小，其余區(qū)域網(wǎng)格尺寸較大，這樣可以控制網(wǎng)格數(shù)量，在滿足分析精度的前提下縮短計(jì)算時(shí)間，提高工作效率。所述A步驟中，網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格。由于發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)格劃分應(yīng)采用較高精度的四面體網(wǎng)格。


圖1是本發(fā)明的分析方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施實(shí)例的描述，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理等作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，包括以下步驟；
A、建立有限元模型將發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座系統(tǒng)的部件包括缸蓋、缸體、主軸承座，曲軸，軸瓦，螺栓等進(jìn)行分組，按各組的網(wǎng)格要求進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后對(duì)不同的部件分別賦予各自的材料屬性；其中，網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格，軸瓦、曲軸以及主軸承座附近的區(qū)域網(wǎng)格尺寸較小，其余區(qū)域網(wǎng)格尺寸較大。一般是在軸瓦，曲軸以及主軸承座附近區(qū)域網(wǎng)格尺寸控制在 3 5mm，其余區(qū)域網(wǎng)格尺寸適當(dāng)放大，一邊控制網(wǎng)格數(shù)量，在滿足分析精度的前提下縮短計(jì)算時(shí)間，提高工作效率。B、根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況對(duì)各部件分別施加相應(yīng)的約束條件與載荷，其中，載荷包括螺栓預(yù)緊力、曲軸軸瓦和軸承座裝配時(shí)的過盈、爆發(fā)壓力、熱載荷四種，其中，對(duì)曲軸對(duì)主軸承座的載荷僅考慮最大氣體爆發(fā)壓力的作用，最大氣體爆發(fā)壓力采用集中載荷加載的辦法；相應(yīng)的實(shí)際工況包括螺栓預(yù)緊力工況、軸瓦裝配工況、動(dòng)軸瓦工況(包括動(dòng)軸瓦變形工況和動(dòng)軸瓦應(yīng)力工況)；然后進(jìn)行強(qiáng)度分析；將計(jì)算的各工況疊加作為主要的載荷譜來求解主軸承座的疲勞安全，計(jì)算疲勞安全因子，疲勞安全因子利用材料的S-N曲線得到修正的零部件的S-N曲線和應(yīng)力比滿足-1 ^ R ^ 1的各種S-N曲線的Haigh疲勞極限圖求得；
C、結(jié)果評(píng)價(jià)包括以下方面的結(jié)果評(píng)價(jià)動(dòng)軸瓦變形工況下主軸承孔的變形，軸孔剛度是否足夠；主軸承座各部件的當(dāng)量應(yīng)力是否在安全極限內(nèi)；軸瓦背壓是否在要求范圍內(nèi)；框架與缸體的接觸面在各工況作用下的分離及其相對(duì)滑移情況是否在要求范圍內(nèi)；主軸承座各部件的疲勞安全因子是否在要求的范圍內(nèi)；
D、若所述C步驟的結(jié)果評(píng)價(jià)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則強(qiáng)度分析結(jié)束；若C步驟中一方面結(jié)果評(píng)價(jià)達(dá)不到要求時(shí)，則重新設(shè)計(jì)方案，并重復(fù)A、B、C步驟。重新設(shè)計(jì)方案可以是優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體做法是對(duì) 主軸承座上分析結(jié)果中的應(yīng)力集中區(qū)域或者薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。本實(shí)施例中的技術(shù)方案，大大的縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，在樣件的試制以前，可以在虛擬環(huán)境中模擬主軸承座的實(shí)際工況，提高開發(fā)效率，節(jié)省大量的試驗(yàn)成本，為主軸承座設(shè)計(jì)指明了方向。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，其特征在于包括以下步驟建立有限元模型將發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座系統(tǒng)的部件包括缸蓋、缸體、主軸承座，曲軸，軸瓦，螺栓等進(jìn)行分組，按各組的網(wǎng)格要求進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后對(duì)不同的部件分別賦予各自的材料屬性；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況對(duì)各部件分別施加相應(yīng)的約束條件與載荷，其中，載荷至少包括螺栓預(yù)緊力、曲軸軸瓦和軸承座裝配時(shí)的過盈、爆發(fā)壓力三種，相應(yīng)的實(shí)際工況至少包括螺栓預(yù)緊力工況、軸瓦裝配工況、動(dòng)軸瓦工況；然后進(jìn)行強(qiáng)度分析；將計(jì)算的各工況疊加作為主要的載荷譜來求解主軸承座的疲勞安全，計(jì)算疲勞安全因子，疲勞安全因子利用材料的 S-N曲線得到修正的零部件的S-N曲線和應(yīng)力比滿足-1含R含1的各種S-N曲線的Haigh 疲勞極限圖求得；結(jié)果評(píng)價(jià)至少包括以下方面的結(jié)果評(píng)價(jià)動(dòng)軸瓦工況下主軸承孔的變形，軸孔剛度是否足夠；主軸承座各部件的當(dāng)量應(yīng)力是否在安全極限內(nèi)；軸瓦背壓是否在要求范圍內(nèi)； 框架與缸體的接觸面在各工況作用下的分離及其相對(duì)滑移情況是否在要求范圍內(nèi)；主軸承座各部件的疲勞安全因子是否在要求的范圍內(nèi)；若所述C步驟的結(jié)果評(píng)價(jià)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則強(qiáng)度分析結(jié)束；若C步驟中任一方面結(jié)果評(píng)價(jià)達(dá)不到要求時(shí)，則重新設(shè)計(jì)方案，并重復(fù)A、B、C步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，其特征在于若主軸承座結(jié)構(gòu)中含有嵌塊，則在B步驟中載荷的種類還包括熱載荷，相應(yīng)的實(shí)際工況還包括熱載荷工況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，其特征在于所述B步驟中，曲軸對(duì)主軸承座的爆發(fā)壓力載荷僅包括最大氣體爆發(fā)壓力的載荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，其特征在于所述A步驟中，所述軸瓦、曲軸以及主軸承座附近的區(qū)域網(wǎng)格尺寸較小，其余區(qū)域網(wǎng)格尺寸較大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，其特征在于所述A步驟中，網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座強(qiáng)度分析方法，包括有限元建模、施加邊界條件并進(jìn)行計(jì)算分析、分析計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)等步驟，可以在初期樣件試制之前就模擬到主軸承座在各種工況下的工作情況，并且可以多種方案進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)對(duì)比，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102368278SQ20111031518
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者陳馨 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司