專利名稱：一種發(fā)動機主軸承座強度分析方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機技術領域，具體涉及一種發(fā)動機主軸承座強度分析方法。
背景技術：
主軸承座作為曲軸的承載體，在發(fā)動機工作過程中，起著非常重要的作用。它的破壞會造成發(fā)動機噪音大并降低發(fā)動機壽命。由于主軸承座一直處于承受著拉、壓、彎曲及振動等復雜應力工作狀態(tài)，且同一時刻作用在各個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作用。這種復雜的受載狀態(tài)增加了主軸承座設計的難度。當前主軸承座設計大多是采用經(jīng)驗公式計算或者參照樣機進行，然后通過試驗不斷對結構進行修改優(yōu)化，直到滿足工作要求為止。因此開發(fā)周期長，成本高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種高效的發(fā)動機主軸承座強度分析方法。根據(jù)本發(fā)明提供的發(fā)動機主軸承座強度分析方法，包括以下步驟
A、建立有限元模型將發(fā)動機主軸承座系統(tǒng)的部件包括缸蓋、缸體、主軸承座，曲軸，軸瓦，螺栓等進行分組，按各組的網(wǎng)格要求進行網(wǎng)格劃分，然后對不同的部件分別賦予各自的材料屬性；
B、根據(jù)發(fā)動機實際工況對各部件分別施加相應的約束條件與載荷，其中，載荷至少包括螺栓預緊力、曲軸軸瓦和軸承座裝配時的過盈、爆發(fā)壓力三種，相應的實際工況至少包括螺栓預緊力工況、軸瓦裝配工況、動軸瓦工況；然后進行強度分析；將計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、結果評價至少包括以下方面的結果評價動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量應力是否在安全極限內；軸瓦背壓是否在要求范圍內；框架與缸體的接觸面在各工況作用下的分離及其相對滑移情況是否在要求范圍內；主軸承座各部件的疲勞安全因子是否在要求的范圍內；
D、若所述C步驟的結果評價均設計達到要求，則強度分析結束；若C步驟中任一方面結果評價達不到要求時，則重新設計方案，并重復A、B、C步驟。本發(fā)明利用計算機的強大的計算功能，通過有限元分析方法對主軸承座系統(tǒng)進行強度與疲勞分析，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行結果評價對比，提高了產品開發(fā)效率，節(jié)省了實驗成本。若主軸承座結構中含有嵌塊，則在B步驟中載荷的種類還包括熱載荷，相應的實際工況還包括熱載荷工況。實際發(fā)動機主軸承座種類中，對于主軸承作結構中還有嵌塊的， 還應考慮熱載荷對主軸承座系統(tǒng)各部件的影響。所述B步驟中，曲軸對主軸承座的爆發(fā)壓力載荷僅包括最大氣體爆發(fā)壓力的載荷?？紤]到計算成本以及實際爆發(fā)力的影響，對主軸承座受力可作相應簡化，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算時間，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)動機主軸承座系統(tǒng)結構復雜，網(wǎng)格劃分應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。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施實例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明。如圖1，本發(fā)明的發(fā)動機主軸承座強度分析方法，包括以下步驟；
A、建立有限元模型將發(fā)動機主軸承座系統(tǒng)的部件包括缸蓋、缸體、主軸承座，曲軸，軸瓦，螺栓等進行分組，按各組的網(wǎng)格要求進行網(wǎng)格劃分，然后對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算時間，提高工作效率。B、根據(jù)發(fā)動機實際工況對各部件分別施加相應的約束條件與載荷，其中，載荷包括螺栓預緊力、曲軸軸瓦和軸承座裝配時的過盈、爆發(fā)壓力、熱載荷四種，其中，對曲軸對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；相應的實際工況包括螺栓預緊力工況、軸瓦裝配工況、動軸瓦工況(包括動軸瓦變形工況和動軸瓦應力工況)；然后進行強度分析；將計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、結果評價包括以下方面的結果評價動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量應力是否在安全極限內；軸瓦背壓是否在要求范圍內；框架與缸體的接觸面在各工況作用下的分離及其相對滑移情況是否在要求范圍內；主軸承座各部件的疲勞安全因子是否在要求的范圍內；
D、若所述C步驟的結果評價均達到設計要求，則強度分析結束；若C步驟中一方面結果評價達不到要求時，則重新設計方案，并重復A、B、C步驟。重新設計方案可以是優(yōu)化設計，具體做法是對 主軸承座上分析結果中的應力集中區(qū)域或者薄弱環(huán)節(jié)進行重新設計或者結構加強。本實施例中的技術方案，大大的縮短了產品開發(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際工況，提高開發(fā)效率，節(jié)省大量的試驗成本，為主軸承座設計指明了方向。
權利要求
1.一種發(fā)動機主軸承座強度分析方法，其特征在于包括以下步驟建立有限元模型將發(fā)動機主軸承座系統(tǒng)的部件包括缸蓋、缸體、主軸承座，曲軸，軸瓦，螺栓等進行分組，按各組的網(wǎng)格要求進行網(wǎng)格劃分，然后對不同的部件分別賦予各自的材料屬性；根據(jù)發(fā)動機實際工況對各部件分別施加相應的約束條件與載荷，其中，載荷至少包括螺栓預緊力、曲軸軸瓦和軸承座裝配時的過盈、爆發(fā)壓力三種，相應的實際工況至少包括螺栓預緊力工況、軸瓦裝配工況、動軸瓦工況；然后進行強度分析；將計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；結果評價至少包括以下方面的結果評價動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量應力是否在安全極限內；軸瓦背壓是否在要求范圍內； 框架與缸體的接觸面在各工況作用下的分離及其相對滑移情況是否在要求范圍內；主軸承座各部件的疲勞安全因子是否在要求的范圍內；若所述C步驟的結果評價均達到設計要求，則強度分析結束；若C步驟中任一方面結果評價達不到要求時，則重新設計方案，并重復A、B、C步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機主軸承座強度分析方法，其特征在于若主軸承座結構中含有嵌塊，則在B步驟中載荷的種類還包括熱載荷，相應的實際工況還包括熱載荷工況。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的發(fā)動機主軸承座強度分析方法，其特征在于所述B步驟中，曲軸對主軸承座的爆發(fā)壓力載荷僅包括最大氣體爆發(fā)壓力的載荷。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)動機主軸承座強度分析方法，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)權利要求4所述的發(fā)動機主軸承座強度分析方法，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)動機主軸承座強度分析方法，包括有限元建模、施加邊界條件并進行計算分析、分析計算結果并進行結果評價等步驟，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行結果評價對比，提高了產品開發(fā)效率，節(jié)省了實驗成本。
文檔編號G06F17/50GK102368278SQ20111031518
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者陳馨 申請人:奇瑞汽車股份有限公司