10.16638/jki.1671-7988.2017.13.040
某三缸汽油机主轴承壁强度计算
倪成鑫，路明，胡昌良，谈健，昂金凤
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：对某汽油机的主轴承壁进行有限元分析，确定主轴承壁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。
关键词：主轴承壁；有限元；强度分析
中图分类号：U467.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)13-118-02
The Main Bearing Wall’s FE Analysis Of A Three-cylinder Gasoline Engine
Ni ChengXin, Lu Ming, Hu Changliang, Tan Jian, Ang Jinfeng
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )
Abstract:The main object is using the FE analysis to ensure the main bearing wall of a gasoline engine that under the pre-tighten moment and dynamic loads whether meet the design requirement or not.
Keywords: Main Bearing Wall; FE; Strength Analysis
CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-118-02
前言
主轴承壁的强度分析对发动机至关重要，主轴承壁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 计算机模型及参数
图1 有限元分析模型
在对某三缸汽油机进行主轴承壁分析时，一般取模拟缸盖、缸体、主轴承盖、主轴瓦及螺栓作为分析模型。有限元网格类型为C3D10I，计算采用ABAQUS求解器。网格模型单元数为474352，节点数为732125，图1为计算的有限元模型。
图2 2000rpm时主轴瓦所受力及力矩
分别在发动机的最大扭矩转速2000rpm，额定转速4850rpm及最大持续超速转速5850rpm条件下，分析主轴承壁的应力-应变场，轴瓦的切向应力及背压以及主轴承盖安装面的接触条件。通过分析主轴瓦所承受力及力矩的极值点，选择各个转速条件下的曲轴转角的EHD力。在2000rpm时，所选曲轴转角为CA1
476，CA1481，CA1500，CA1716，CA1742，CA1956，CA2146。按照相同的选取原则，可以同样得到4850rpm及5850rpm转速条件下的曲轴转角。图2为2000rpm时，在所选曲轴转角下的主轴瓦的EHD力。通过分析发动机的性能，得到不同转速下的各缸爆发压力值。图3
作者简介：倪成鑫（1986-）男，助理工程师，就职于江淮汽车技术中心发动机设计研究院，研究方向为内燃机方向。
汽车实用技术
119 2017年第13期为4850rpm下，各缸爆发压力曲线。以上均为分析主轴承壁
所需的动态载荷。
图3 4850rpm时各缸爆发压力
根据上述得到的动态载荷，作为输入条件，在ABAQUS
中建立分析步进行分析。分析步先按照装配条件，建立各个
接触面的静态载荷：接触关系（间隙或过赢）及加载螺栓预
紧力，然后分别加载上述曲轴转角条件下的各缸爆发压力及
EHD力。在边界条件设置时，为了尽可能不影响分析结果，
取几个点作为约束使用，分别固定X、Y、Z方向。图4为
模型边界条件，图5为分析模型所受载荷情况。
图4 模型边界条件图5 模型受载情况
2 计算结果
图6 模型受载情况
主轴承壁与主轴承盖的应力均未超过其材料的抗拉及屈
服极限。各加载区及约束点不在考虑范围，主轴承壁及主轴
承盖的应力及应变云图如图6所示。主轴承壁材料为HT250，
抗压极限750MPa，主轴承盖材料为QT500，屈服极限
320MPa。
图7 主轴瓦应力云图
主轴瓦切向应力冷态及热态均未超过材料的抗拉极限，
主轴瓦的切向应力云图如7所示，主轴瓦在热态材料抗拉极
限为350MPa。主轴瓦的背压在冷机状态下平均背压为
11.2MPa＞8MPa的要求。主轴瓦背压如图8所示。
图8 主轴瓦应力云图
在疲劳安全系数计算中，主轴承盖大部分安全系数均大
于1.1，而有小部分区域由于接触条件设置情况而与实际情况
中存在较大的误差，经过将低于限值区域的模型分析后，确
认问题所在，主轴承壁最小安全系数处为1.41，主轴承壁最
小安全系数为1.48，均可以满足要求。
图9 主轴承壁及主轴承盖安全系数云图
3 结论
某三缸汽油机的主轴承壁及主轴承盖的最大应力值均小
于材料的极限抗拉强度及屈服强度的要求，可以满足强度要
求。主轴承盖及主轴承壁的高周疲劳安全系数均大于1.1的
江淮汽车限值要求，可以满足高周疲劳要求。综上，主轴承壁及主轴
承盖的可以满足三缸发动机的正常使用。
参考文献
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