某气缸体与曲轴箱强度分析与结构改进封边机旋转吊钩检测仪器压合机滑轨门

某气缸体与曲轴箱强度分析与结构改进

摘要： 先采用有限元软件Abaqus对某气缸体与曲轴箱进行强度分析， 得到气缸体与曲轴箱一些关键位置的应力分布， 结合疲劳衡器量具理论计算出这些位置的安全系数， 有学生在高校做过问卷调查并针对曲轴箱修改材料后提出了结构改进。

关键词：主要适用于新手创业型和产量比较小的用户使用 Abaqus静力强度分析 疲劳强度 气缸体 曲轴箱

1 某气缸体的计算模型与边界条件处理

某柴油机的爆发压力达到16.5MPa，气缸体与曲轴箱上承受着螺栓预紧力与爆发压力的作用，为了了解气缸体与曲轴箱在这两种状态下的应力分布，在这里计算了两种状态——螺栓预紧力与最大爆发建瓯压力作用状态。

某气缸体、缸盖与缸盖螺栓的材料参数见下表1

HT280的疲劳强度按120MPa，QT-600的疲劳强度按220MPa（以最小疲劳强度计算）。

化装品机体边塑料包装界情况，计算时需要确定出缸盖与缸盖螺栓、缸盖与缸垫以及机体之间的受力关系，以便准确地模拟出机体与曲轴箱的实际工作情况。对整个有限元模型，根据实际工作情况，在机体和曲轴箱端面的节点上施加对称约束边界，在离模型考察较远的位置设置固定约束，以限制整个计算模型刚体位移。

螺栓预紧力与爆发压力，通过螺栓预紧力加载方法模拟出主轴承螺栓、缸盖螺栓与副螺栓的作用力，螺栓的预紧力大小可以根据螺栓的强度等级规格大小计算出来。主轴承螺栓型号为M18的10.9级普通螺纹螺栓，最小直径为Φ14.5，每个螺栓预紧力为：155194N，该螺栓的最小直径小于螺纹的直径，所以按最小直径计算；缸盖螺栓型号为M14的10.9级普通螺纹螺栓，每个螺栓预紧力为：108100 N；副螺栓型号为M12的10.9级普通螺纹螺栓，每个螺栓预紧力为：82814 N，10.9级普通螺纹螺栓的屈服极限非比例伸长应力σ 0. 2为940MPa。D12柴油机的爆发压力为16.5MPa，以压力形式施加在模型上。计算模型见图1所示。

图1 气缸体总成计算模型

2 计算结果

计算结果见图。

图3 气缸体爆发载荷作用下第1 主应力分布云图

图4 气缸体爆发载荷作用下第1 主应力分布云图

图5 曲轴箱爆发载荷作用下的第一主应力分布云图

图6 曲轴箱爆发载碳化硅荷作用下的第一主应力分布云图

3 安全系数计算

安全系数计算公式为：

其中 kσ 为有效应力集中系数包含在应力幅σa 中，ε 为尺寸系数，机体上特征尺寸在5~15mm，根据机械工程手册尺寸系数取0.82，因为缺口和表面情况对灰铸铁的疲劳强度不敏感，表面系数β取为0.8，不对称循环度系数φσ=σb /σ-1= 0.4。

以机体位置5为例进行说明，该处装配应力为58.1MPa，爆发应力为106.6MPa，则平均应力为：σm=（58.1+106.6）/2=82.35MPa；应力幅为：σa=（106..1）/2=24.25MPa，安全系数为：

图7 曲轴箱修改方案

4 结束语

从机体总成的计算结果来看，机体上装配应力与工作应力都比较小，安全系数较大，最小为1.72，大于1.5的要求。曲轴箱装配应力与工作应力相对较大，安全系数最小为2.25，疲劳强度安全系数较大，如果把曲轴箱的材料改为HT280，材料的疲劳强度将降低45%，修改曲轴箱材料后，曲轴箱上最小安全系数为1.23，安全系数稍微偏低。

曲轴箱修改后，曲轴箱上加强筋处的安全系数可以提高到2.27 以上，能够达到对于1.5 的要求，曲轴箱上安全系数最低的位置在主轴承圆角处，最大能达到1.99，方案4 为最好。曲轴箱修改后，曲轴箱上应力分布更均匀，

使材料的强度得到充分利用。

Abaqus 软件在零件结构设计与改进中发挥了重要作用，指明了设计与改进方向。

参考文献

[1] 陆际清. 汽车发动机设计. 北京：清华大学出版社， 1990

[2] Abaqus Inc. Abaqus 6.6 Documentation(end)

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