具有 BSG 系统的发动机曲轴轴颈强度分析及优化.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.012具有BSG系统的发动机曲轴轴颈强度分析及优化陈尚尚,章家续,李欢,胡昌良(安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230601)摘要:文章根据某发动机曲轴优化方案建立其FEA仿真模型,将BSG扭矩补偿极端情况下的最大载荷、前端轮系载荷、曲轴皮带轮螺栓等载荷加载,计算得出曲轴轴颈圆角处张力和安全系数,从而达到优化曲轴轴颈处高周疲劳强度的目的。关键词:曲轴;BSG;高周疲劳;安全系数中图分类号:U464文献标识码:A文章编号:1671-7988(2016)08-35-03Thesimulationandoptim

2、izationoftheenginecrankshaftwithBSGsystemChenShangshang,ZhangJiaxu,LiHuan,HuChangliang(AnhuiJianghuaiAutomobileCo.,Ltd,AnhuiHefei230601)Abstract:Itwasbasedontheenginecrankshaftoptimizationschemetoestablishasimulationmodelofthesystem,andloadingtheBSGmaximumload、FEADloadandTVDboltloadontheFEA

3、model,thencalculatethetensilestressandsafetyfactorsaroundthecranknosefillet,thusachievethepurposeofoptimizingthestrengthofthecrankshaftnosefillet.Keywords:Crankshaft;BSG;Highcyclefatigue;SafetyfactorCLCNO.:U464DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2016)08-35-03引言1、背景介绍随着国家对汽车油耗和排放要求越来越高,48VBSG系

4、国内某发动机基本型产品无BSG(BeltStarterGenerator)统在乘用车发动机上得到越来越多的应用。BSG系统具有实系统,为了降低发动机平均油耗,现需要在前端轮系处并排现发动机起停、低速扭矩补偿、减速能量回收等功能,可以安装一套BSG系统。增加BSG系统后,经过FEA计算,在有效降低整车油耗和排放。BSG系统可以直接增加在常规发900转BSG系统对发动机进行扭矩补偿的工况下,曲轴前端动机前端轮系处,对发动机整体结构影响较小。但是,由于轴颈圆角处存在高周疲劳断轴风险,需要采取措施提高轴颈BSG在低速扭矩补偿工况下加载在曲轴前端轴颈处的载荷圆角处高周疲劳安全系数至≥1

5、.5。较大,一般发动机曲轴前端轴颈圆角处都会有高周疲劳断轴风险,严重影响整车安全性。本文提供了一种提高曲轴前端轴颈圆角处高周疲劳的方法和具有BSG系统曲轴轴颈安全系数FEA计算方法,以确认高周疲劳安全系数高于设计标准,从而避免后期生产过程中质量问题的发生。作者简介:陈尚尚(1989-),男,助理工程师,就职于安徽江淮汽车股份有限公司,从事发动机设计工作。图1优化方案制定及三维模型输入2016年第8期陈尚尚等:具有BSG系统的发动机曲轴轴颈强度分析及优化36前端轮系和BSG布置情况如图一,绿色皮带为BSG皮约束条件如图3所示,曲轴皮带轮轮毂、橡胶、外圈间带;棕色皮带为前端轮系皮

6、带(FEAD),前端轮系中包括水为绑定约束;对曲轴皮带轮螺栓安装面、曲轴皮带轮螺栓平泵、空调压缩机、堕轮等零部件。BSG电机通过曲轴皮带轮垫安装面、曲轴皮带轮安装面、曲轴正时链轮侧面、曲轴轴向发动机曲轴加载扭矩,与前端轮系共用一个曲轴皮带轮。颈侧面间施加所有方向全绑定约束,曲轴正时链轮内孔与曲将曲轴皮带轮螺栓螺纹啮合深度由57mm加深到67mm,轴轴颈外径间施加正常工况下类似的滑移方向绑定约束;对螺栓长度同时加长10mm,目的是为了将螺纹啮合处深度尽曲轴皮带轮螺栓上的螺纹施加正常力矩打紧后的螺纹径向量超过曲轴前端轴颈过渡圆角位置,以期减小曲轴轴颈过渡力;同时,最主轴瓦正常施加

7、朝向曲轴中心方向的力,使得圆角处的张力,从而提高此处高周疲劳安全系数。主轴瓦固定在轴颈径向方向。3.3高周疲劳工况输入本文分析了两种极端情况下曲轴轴颈圆角处的安全系数。3.3.1低速工况BSG布置情况如图1中绿色皮带所示,前端轮系供应商提供了BSG在低速扭矩补偿工况下施加在曲轴上的拉力曲线如图四中红色曲线所示,同一工况下BSG输出力矩曲线如图五所示。从图中可以看出低速900转时BSG补偿在曲轴上图2曲轴皮带轮螺栓孔螺纹深度优化前、后对比图的力为4200N、力矩为110N·m,该工况为最恶劣工况之一,也是

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