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基于Abaqus的汽油机动转泵支架的有限元分析

李波朱凌云胡昌良路明

（江淮汽车股份有限公司技术中心动力研究院，安徽合肥，230601）

摘要：本文从固有频率、机械载荷和疲劳三个方面对汽油机动转泵支架进行相应的模态分析、

强度分析和疲劳分析，使用Abaqus软件计算多个方向的加速度所带来的振动影响，综合评价动

转泵支架的工作情况。

关键词：模态强度疲劳滑移Abaqus

1.引言

动转泵支架是安装动转泵的重要基础，也是实验环节中易出问题的故障件，其可靠性直接关

系到整个发动机是否能正常工作，因此对动转泵支架进行有限元分析是十分必要的。本文从三个

方面对其进行分析：首先分析模态，要求动转泵支架的一阶模态频率必须大于1.2倍的发动机点

火频率，反之则不需要进行强度分析，直接修改模型以提高支架自身的固有频率；其次考虑支架

受到的螺栓预紧力、皮带力等机械载荷以及各个方向的振动载荷，得到各个载荷步下的应力分布

情况；然后根据强度计算的结果进行动转泵支架的高周疲劳分析，完善对支架的有限元分析。

2.有限元分析

2.1分析模型

根据动转泵支架的实际安装情况，分析模型中需要对曲轴箱、前端护罩、动转泵、动转泵支

架、螺栓分别建模。支架是分析重点，故其网格尺寸需要控制在3mm；曲轴箱和前端护罩作为

约束对象，网格尺寸控制在10mm左右以保证计算规模；动转泵的组成复杂，可以省略不重要

的内部结构，但必须保证其质心位置不发生变化；螺栓建模时，如果存在垫片，也要将其考虑在

内。

有限元网格在Hpermesh中完成，边界条件在Abaqus[1]中施加，不同的分析施加不同的边

界条件，建模过程时，气缸中心线、由缸体指向缸盖为Z正方向，发动机前端指向后端为X正

方向，右手定则确定Y方向，具体的网格模型如图1所示。

图1网格模型

2.2材料属性及约束条件

材料属性如表1所示，动转泵的密度是由质量除以体积得到的，具体的约束条件如图2所

示。

表1材料属性

部件密度弹性模量泊松比

动转泵支架2.75E-97.1E4（25°）0.31

动转泵3.698E-97.4e40.3

曲轴箱7.2E-91.15E50.26

前端护罩2.75E-97.1E4（25°）0.31

螺栓7.8E-92.12E50.3

约束Z方向

平动自由度

约束Y方向

平动自由度

约束X方向

平动自由度

图2约束条件

2.3模态分析

模态分析是通过研究机械结构的频率、阻尼及模态振型来描述其固有振动特性。作为一门新

的学科，模态分析得到迅速发展，关键在于其实用性及解决实际工程振动问题的能力。模态分

析技术应用可归结为以下几个方面[2]：

评价现有结构系统的动态特性；在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；诊断

及预报结构系统的故障；控制结构的辐射噪声；识别结构系统的载荷。

支架的模态分析是为了得到支架在约束条件下的共振频率，以确保支架不会在发动机工作时

产生共振。由于发动机的二阶激励最大，故需要保证支架的一阶共振频率至少大于1.2倍的发动

机点火频率，即：

f

≥（±

1.30.1）*

f

2end

f

：支架的一阶共振频率fend

2：发动机的二阶点火频率

以6000rpm为例，在该转速下，发动机的二阶点火频率为200Hz，1.2倍的点火频率

为240Hz，1.4倍点火频率为280Hz，因此发动机的一阶共振频率必须大于240~280Hz，而模

态计算得到的动转泵支架一阶频率为430Hz，满足频率要求。

图3支架的一阶模态云

2.4强度分析

强度分析主要两种机械载荷：螺栓预紧力、皮带力；振动载荷：X、Y、Z方向的振动加速

度，具体的应力分布如图4、5、6、7、8、9所示。

载荷1：螺栓预紧力，动转泵支架采用6个M8、8.8级的螺栓，计算的最小螺栓预紧力为12.4KN，

最大螺栓预紧力为19.8KN；

载荷2：皮带力，Y方向为408N，Z方向为596N；

载荷3：X正方向15g的加速度X负方向15g的加速度

Y正方向15g的加速度Y负方向15g的加速度

Z正方向15g的加速度Z负方向15g的加速度

图4+X方向15g加速度图5-X方向15g加速度

图6+Y方向15g加速度图7-Y方向15g加速度

图8+Z方向15g加速度图9-Z方向15g加速度

2.5高周疲劳分析

疲劳分析是要考察动转泵支架在6个方向振动载荷作用下的疲劳强度，以最小安全系数为

衡量，要求最小安全系数要大于1.1。