专利名称：一种发动机主轴承座强度分析方法
技术领域：
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种发动机主轴承座强度分析方法。
背景技术：
主轴承座作为曲轴的承载体，在发动机工作过程中，起着非常重要的作用。它的破坏会造成发动机噪音大并降低发动机寿命。由于主轴承座一直处于承受着拉、压、弯曲及振动等复杂应力工作状态，且同一时刻作用在各个气缸体上的反扭矩的大小跟方向都各不相同，所以主轴承座还承受扭转作用。这种复杂的受载状态增加了主轴承座设计的难度。当前主轴承座设计大多是采用经验公式计算或者参照样机进行，然后通过试验不断对结构进行修改优化，直到满足工作要求为止。因此开发周期长，成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种高效的发动机主轴承座强度分析方法。根据本发明提供的发动机主轴承座强度分析方法，包括以下步骤
A、建立有限元模型将发动机主轴承座系统的部件包括缸盖、缸体、主轴承座，曲轴，轴瓦，螺栓等进行分组，按各组的网格要求进行网格划分，然后对不同的部件分别赋予各自的材料属性；
B、根据发动机实际工况对各部件分别施加相应的约束条件与载荷，其中，载荷至少包括螺栓预紧力、曲轴轴瓦和轴承座装配时的过盈、爆发压力三种，相应的实际工况至少包括螺栓预紧力工况、轴瓦装配工况、动轴瓦工况；然后进行强度分析；将计算的各工况叠加作为主要的载荷谱来求解主轴承座的疲劳安全，计算疲劳安全因子，疲劳安全因子利用材料的S-N曲线得到修正的零部件的S-N曲线和应力比满足-1 ^ R ^ 1的各种S-N曲线的 Haigh疲劳极限图求得；
C、结果评价至少包括以下方面的结果评价动轴瓦工况下主轴承孔的变形，轴孔刚度是否足够；主轴承座各部件的当量应力是否在安全极限内；轴瓦背压是否在要求范围内；框架与缸体的接触面在各工况作用下的分离及其相对滑移情况是否在要求范围内；主轴承座各部件的疲劳安全因子是否在要求的范围内；
D、若所述C步骤的结果评价均设计达到要求，则强度分析结束；若C步骤中任一方面结果评价达不到要求时，则重新设计方案，并重复A、B、C步骤。本发明利用计算机的强大的计算功能，通过有限元分析方法对主轴承座系统进行强度与疲劳分析，可以在初期样件试制之前就模拟到主轴承座在各种工况下的工作情况， 并且可以多种方案进行结果评价对比，提高了产品开发效率，节省了实验成本。若主轴承座结构中含有嵌块，则在B步骤中载荷的种类还包括热载荷，相应的实际工况还包括热载荷工况。实际发动机主轴承座种类中，对于主轴承作结构中还有嵌块的， 还应考虑热载荷对主轴承座系统各部件的影响。所述B步骤中，曲轴对主轴承座的爆发压力载荷仅包括最大气体爆发压力的载荷。考虑到计算成本以及实际爆发力的影响，对主轴承座受力可作相应简化，最大气体爆发压力可采用集中载荷加载的办法。所述A步骤中，所述轴瓦、曲轴以及主轴承座附近的区域网格尺寸较小，其余区域网格尺寸较大，这样可以控制网格数量，在满足分析精度的前提下缩短计算时间，提高工作效率。所述A步骤中，网格划分采用四面体网格。由于发动机主轴承座系统结构复杂，网格划分应采用较高精度的四面体网格。
图1是本发明的分析方法的流程图。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。如图1，本发明的发动机主轴承座强度分析方法，包括以下步骤；
A、建立有限元模型将发动机主轴承座系统的部件包括缸盖、缸体、主轴承座，曲轴，轴瓦，螺栓等进行分组，按各组的网格要求进行网格划分，然后对不同的部件分别赋予各自的材料属性；其中，网格划分采用四面体网格，轴瓦、曲轴以及主轴承座附近的区域网格尺寸较小，其余区域网格尺寸较大。一般是在轴瓦，曲轴以及主轴承座附近区域网格尺寸控制在 3 5mm，其余区域网格尺寸适当放大，一边控制网格数量，在满足分析精度的前提下缩短计算时间，提高工作效率。B、根据发动机实际工况对各部件分别施加相应的约束条件与载荷，其中，载荷包括螺栓预紧力、曲轴轴瓦和轴承座装配时的过盈、爆发压力、热载荷四种，其中，对曲轴对主轴承座的载荷仅考虑最大气体爆发压力的作用，最大气体爆发压力采用集中载荷加载的办法；相应的实际工况包括螺栓预紧力工况、轴瓦装配工况、动轴瓦工况(包括动轴瓦变形工况和动轴瓦应力工况)；然后进行强度分析；将计算的各工况叠加作为主要的载荷谱来求解主轴承座的疲劳安全，计算疲劳安全因子，疲劳安全因子利用材料的S-N曲线得到修正的零部件的S-N曲线和应力比满足-1 ^ R ^ 1的各种S-N曲线的Haigh疲劳极限图求得；
C、结果评价包括以下方面的结果评价动轴瓦变形工况下主轴承孔的变形，轴孔刚度是否足够；主轴承座各部件的当量应力是否在安全极限内；轴瓦背压是否在要求范围内；框架与缸体的接触面在各工况作用下的分离及其相对滑移情况是否在要求范围内；主轴承座各部件的疲劳安全因子是否在要求的范围内；
D、若所述C步骤的结果评价均达到设计要求，则强度分析结束；若C步骤中一方面结果评价达不到要求时，则重新设计方案，并重复A、B、C步骤。重新设计方案可以是优化设计，具体做法是对 主轴承座上分析结果中的应力集中区域或者薄弱环节进行重新设计或者结构加强。本实施例中的技术方案，大大的缩短了产品开发周期，在样件的试制以前，可以在虚拟环境中模拟主轴承座的实际工况，提高开发效率，节省大量的试验成本，为主轴承座设计指明了方向。
权利要求
1.一种发动机主轴承座强度分析方法，其特征在于包括以下步骤建立有限元模型将发动机主轴承座系统的部件包括缸盖、缸体、主轴承座，曲轴，轴瓦，螺栓等进行分组，按各组的网格要求进行网格划分，然后对不同的部件分别赋予各自的材料属性；根据发动机实际工况对各部件分别施加相应的约束条件与载荷，其中，载荷至少包括螺栓预紧力、曲轴轴瓦和轴承座装配时的过盈、爆发压力三种，相应的实际工况至少包括螺栓预紧力工况、轴瓦装配工况、动轴瓦工况；然后进行强度分析；将计算的各工况叠加作为主要的载荷谱来求解主轴承座的疲劳安全，计算疲劳安全因子，疲劳安全因子利用材料的 S-N曲线得到修正的零部件的S-N曲线和应力比满足-1含R含1的各种S-N曲线的Haigh 疲劳极限图求得；结果评价至少包括以下方面的结果评价动轴瓦工况下主轴承孔的变形，轴孔刚度是否足够；主轴承座各部件的当量应力是否在安全极限内；轴瓦背压是否在要求范围内； 框架与缸体的接触面在各工况作用下的分离及其相对滑移情况是否在要求范围内；主轴承座各部件的疲劳安全因子是否在要求的范围内；若所述C步骤的结果评价均达到设计要求，则强度分析结束；若C步骤中任一方面结果评价达不到要求时，则重新设计方案，并重复A、B、C步骤。
2.根据权利要求1所述的发动机主轴承座强度分析方法，其特征在于若主轴承座结构中含有嵌块，则在B步骤中载荷的种类还包括热载荷，相应的实际工况还包括热载荷工况。
3.根据权利要求1或2所述的发动机主轴承座强度分析方法，其特征在于所述B步骤中，曲轴对主轴承座的爆发压力载荷仅包括最大气体爆发压力的载荷。
4.根据权利要求3所述的发动机主轴承座强度分析方法，其特征在于所述A步骤中，所述轴瓦、曲轴以及主轴承座附近的区域网格尺寸较小，其余区域网格尺寸较大。
5.根据权利要求4所述的发动机主轴承座强度分析方法，其特征在于所述A步骤中，网格划分采用四面体网格。
全文摘要
本发明提供一种发动机主轴承座强度分析方法，包括有限元建模、施加边界条件并进行计算分析、分析计算结果并进行结果评价等步骤，可以在初期样件试制之前就模拟到主轴承座在各种工况下的工作情况，并且可以多种方案进行结果评价对比，提高了产品开发效率，节省了实验成本。
文档编号G06F17/50GK102368278SQ20111031518
公开日2012年3月7日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者陈馨 申请人:奇瑞汽车股份有限公司