考虑螺栓预紧力的单缸机机体及主轴承结构强度分析.pdf

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1、第43卷第2期2014年4月小型内燃机与摩托车SMALLIN7IERNALCOMBUs，nONENGINEANDMOTORCYCLEV01．43No．2Apr．2014考虑螺栓预紧力的单缸机机体及主轴承结构强度分析张瑞波赵建华汪宏伟(海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033)摘要：随着柴油机强载度的提高，考虑螺栓预紧力的机体与主轴承强度、刚度设计计算等工作逐渐受到重视。基于有限元软件，建立了耦合螺栓预紧力的柴油机机体模型，模型中还考虑了螺栓头支撑面与主轴承盖、主轴承盖与机体的接触关系。模态分析表明，考虑螺栓预紧力建模时，降低

2、了机体的模态频率，改变了机体的振型，因此，螺栓预紧力及接触建模是必要的。在1250kN装配预紧力下，螺栓上的最大应力达到850Mpa，机体的最大应力达到200Mpa，轴承孔垂向最大变形量达137斗m。当加载轴承载荷时，气缸体、曲轴箱、主轴承盖的应力均小于120Mpa，轴承孔变形量为118岬。计算表明，单缸机机体应力安全裕度大，主轴承座的刚度可以确保主轴承油膜的安全。关键词：螺栓预紧力机体主轴承模态应力结构强度中图分类号：’I斟23文献标识码：A文章编号：1671—0630(2014)02—0017—06StmcturalStre

3、ngthAI谢ysis0faSingle·CylinderDieselEn酉neBlockaIIdⅣbinBearingCo础sideringBoltPreloadPowerEngineeringCoⅡege，NavalUIlive鹅畸ofEngineering(Wuhan，Hubei，430033，China)Abshct：-11lecouphngmodelofcyhnderblockconsideringboltpr；eloadw硒establishedba眈donFEM∞R—ware．卟eresIlltsindicatet

4、lIattllema】【im啪s溉ss0fboh蚰dbkkis850Mpa锄d200Mpa，龃dbe撕ngb0陀defom撕onis137斗mintlle1250kNpretiglIteIlingc∞dition．WhenbeaIingforceloaded，s骶ssoftllemaincomponentsislesstllaIl120Mpa，蛐dbealingb0陀defb珊撕帆is118pm，粕dtllebeaJingoil6lmisnotbro‘keninbotllconditions．KeyWords：Boltprelo

5、ad，Cylinderb10ck，MainbeaIing，Modal，S骶ss，StmcturalstrengtlI引言随着柴油机升功率的不断增加，其强载度要求也越高。相应地，柴油机机体和主轴承座的承载要求和可靠性越来越受到关注¨'2】，主轴承座带螺栓预紧力和接触关系的精细化建模计算可以得到更精确的强度和刚度结果。因此，考虑螺栓预紧力，对柴油机机体和主轴承进行强度分析，意义重大。螺栓预紧力的加载一般采用两种方式：一是通过降低螺栓杆身温度使之冷缩，从而产生螺栓预紧力心1；第二种方式是目前计算中常用的拧紧力矩法口’4J，由已知的螺栓

6、拧紧力矩，通过解析或经验公式求得螺栓预紧力。本文基于有限元软件，定义零部件间的接触关系，在ABAQuS中加载螺栓预紧力，建立带螺栓预紧力的机体接触模型，分析机体动态特性和主轴承孔强度刚度等问题。作者简介：张瑞波(1983一)，男，硕士，主要研究方向为动力机械的设计、仿真与优化。18小型内燃机与摩托车第43卷1考虑螺栓预紧力的机体有限元建模参照现有船舶柴油机，提出本文分析研究单缸机的基本参数：缸径280mm，冲程330mm。1．1螺栓预紧力的解析算法装配预紧力一般通过在螺栓上施加扭矩产生。选取普通粗牙螺纹作为研究对象，螺栓预紧力的

7、计算公式为‘5

8、：耻i五意赢0．16·P+O．58·d，·“。+黾。式中：鸠一螺纹预紧力矩P一螺距d，一螺纹中径肛。一螺纹摩擦系数D。。一支撑面摩擦扭矩的等效直径舭一支撑面摩擦系数1．2有限元建模方法及机体装配模型气缸体、曲轴箱、主轴承盖这些部件较为复杂，在cAD文件转化为ABAQus模型过程中，会出现很多错误，无法依靠ABAQus软件完成修补工作，为此，这些部件需要利用专门的前处理软件进行几何修补和网格设计。利用ANSA前处理软件，对气缸体、曲轴箱、主轴承盖进行几何清理工作，删除一些细小面和缺陷，忽略部分对应力计算影响小的孔、

9、面等结构特征，为网格划分提供正确的几何模型。利用ANsA前处理软件划分了气缸体、曲轴箱、主轴承盖等部件的有限元计算四面体网格c3D4，并实现了与ABAQuS软件的无缝连接。建模过程中，为了方便接触模型的定义、修改，模型带有几何和网格双重特征，主轴瓦和连接螺栓经过