柴油机增压后机体的改进设计.pdf

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1、第39卷第5期2010年10月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．39No．5Oct．2010柴油机增压后机体的改进设计张丽强张翼(中北大学机电工程学院车辆与动力工程系山西太原030051)摘要：利用有限元分析技术对某机型柴油机增压后的机体、缸盖、曲轴、主轴承盖、缸套等柴油机主要零部件的组合部件进行了结构强度和刚度分析。根据分析结果对薄弱部位作了改进设计，并对改进后的设计进行了效果评估，结果表明，改进后的机体取得了预期的效果。关键词：增压柴油机机体有限元分析改进中图分类号：TK423．1文献标识码

2、：A文章编号：1671—0630(2010)05—0056—04ImprovementDesignforCylinderBlockofTurbochargedDieselEngineZhangLiqiang，ZhangYiDept．ofVehicleandPowerEngineering，MechanicalandElectronicEngineeringInstitute，NoahUniversityofChina(Taiyuan，Shanxi，030051，China)Abstract：FEAtechnologyisusedtoperformthestructura

3、lintensityandstiffnessanalysisontheassemblypartsofcylinderblock，cylinderhead，crankshaft，mainbeatingcovers，andcylinderliners，etc．Whenthedieselen舀neisturbocharged，accordingtoanalysisresult，theimprovementdesignisappliedtoweakpartandtheimprovementdesignisevaluated．Finally，theimprovedcylinder

4、blockhasmadethedesiredresults．Keywords：Turbocharger，Dieselengine，Cylinderblock，Finiteelementanalysis(FEA)，Improvement引言增压是提高现有车用柴油机功率常用的方法之一。柴油机增压后，在转速、排量、外形不变的情况下，功率大幅度提高，单位功率质量下降，经济性、排放和噪声得到改善。但是，增压后的柴油机由于增加了每个工作循环的进气量和供油量，气缸的最高燃烧压力升高，柴油机主要零部件的机械负荷和热负荷增加，因此，增压后的柴油机零件要有足够的刚度和强度⋯。某机型柴油机增

5、压后，额定转速(2000r·min叫)下缸内最大爆发压力由11MPa增大到14．3MPa，柴油机机体的承载性问题日益显露出来，所以，对机体的强度进行研究，找出机体的薄弱部位并加以改进，成为一项很迫切的工作。1有限元模型的建立根据对试验用柴油机曲柄连杆机构进行的运动学和动力学分析可知，当第4缸处于最高燃烧压力时，机体的4、5缸间隔板所受的载荷最大。为了减小有限元规模，细化有限元模型，提高隔板的计算精度，在建模时采用第4隔板和第5隔板组成了一个整缸(4缸)两个半缸(3缸与5缸)的计算模型。1．1模型的建立有限元模型是用I—DEAS11NXSeries建立的，分别建立了机体、

6、主轴承盖、主轴瓦、气缸垫和气缸盖的三维实体模型。由于主要考察对象是机体，故在建模时对机体建立的是详细实体模型，而对缸盖等进行了适当简化，曲轴简化为直轴，用于施加连杆力Bo。为了控制有限元规模和有利于网格自动剖分，对实体作者简介：张丽强(1984一)，男，在读研究生，研究方向：发动机总体技术及结构动态设计。第5期张丽强等：柴油机增压后机体的改进设计57模型进行分区，并对不同结构区域设定合理的单元长度，有限元网格如图1所示。图1组合模型的有限元网格图1．2约束条件及接触边界条件在机体的底面进行刚体位移约束；在机体、缸盖、曲轴、缸套、气缸垫的横断面的对称位移约束。本模型中建立

7、了缸盖与机体、缸盖与气缸套、气缸套与机体、机体与主轴承盖、机体与曲轴、主轴承盖与曲轴之间的接触边界条件，计算时程序根据接触状态通过接触面上建立的接触单元自动完成作用力的传递，完成接触模拟‘3I。1．3计算载荷的处理机体的计算分别在预紧工况、增压爆发工况下进行。在预紧工况下，机体主要承受主轴承螺栓、气缸盖螺栓的预紧力、主轴瓦对机体轴承座的装配过盈力。主轴承螺栓为2个M18的螺栓，预紧力为70KN，气缸盖螺栓为每缸7个M14的螺栓，预紧力为75KN。通过在螺栓(杆单元)两端节点上施加节点温度，由温差使杆单元收缩而实现准确的螺栓预紧力。主轴瓦厚