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基于Abaqus的某发动机摇臂强度分析
TheapplicationofAbaqusinthestrength
analysisofrocker
高兴华、康黎云、张伟、
(重庆长安汽车股份有限公司，动力研究院，重庆，401120)
摘要:本文通过有限元分析方法，对发动机阀系零件摇臂的强度进行评估。通过计算摇
臂体的强度，判断其材料及结构是否满足要求，对强度薄弱位置进行设计优化，同时根据计
算结果选取摇臂体受力最恶劣工况，用于指导摇臂体单体疲劳试验的进行。
关键词:强度分析
Abstract:Inthispaper,thestrengthanalysisoftheenginevalvepartsrockerarmis
carriedoutbyusingthefiniteelementanalysismethod.basedontheresultsofanalysis,
wecandeterminewhetherthematerialandstructuremeettherequirements.Throughthe
calculationresults,weselectthemostadverseconditionsoftheforce,andusedtoguide
therockerfatiguetest.
Keywords:strengthanalysis
0引言
随着发动机油耗、排放标准的日趋严格，发动机零件轻量化、结构紧凑化的
要求逐渐明显，这就需要CAE在发动机研发阶段对零部件进行充分的强度分析，
以减少后期不必要的重复试验验证。
作为发动机中的重要零件，摇臂的设计需综合考虑空间布置、功能尺寸、刚
度、运动惯量等多方面因素，这些参数对阀系动力学结果均有较大影响。因此在
发动机开发初期就应对摇臂的强度进行分析，给设计提供一些好的优化建议，提
高产品可靠性，避免后期不必要的重复试验及设计变更。1分析模型介绍
如图1所示，某汽车发动机配气机构为滚子摇臂结构，发动机工作过程中摇
臂体随着凸轮升程的变化周期性转动，承受着气门杆端支撑力、凸轮接触力和
HLA支撑力的共同作用，且各项受力的大小和方向作周期性变化，因此在进行有
限元分析时，应充分考虑到摇臂的实时位置及其对应的受力大小和方向的变化。
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图1某汽车发动机摇臂布置结构图
1.1有限元模型的建立
如图2所示，建立摇臂体强度分析有限元模型。气门和HLA均采用简化模型，
分别与摇臂建立接触，详细接触及施加载荷位置见图3、图4所示。
图2摇臂体强度分析有限元模型
图3摇臂体强度分析接触的建立
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图4摇臂体强度分析载荷施加
1.2材料与属性
计算时摇臂体采用材料为16MnCr5，具体参数为：弹性模量：205GPa；材料
密度：7.8e-9t/mm3；泊松比：0.3；拉伸强度为1000MPa，屈服极限σS为580MPa。
摇臂体的单元类型为二阶四面体单元。
1.3边界条件
由于摇臂体的运动特性，进行摇臂体有限元分析时不进行约束，而是采用惯
性释放的方法配平载荷，在rb2处施加载荷。载荷的大小及方向由阀系动力学分
析结果获得，并分别处理得到全局坐标下的X、Y值，如图5所示为凸轮接触力
与竖直方向夹角及HLA支撑力方向的变化曲线。
图5接触力方向
表1为对各个载荷进行处理后的X\Y方向载荷大小。
表1典型工况下摇臂体载荷示意(单位：N)
step
HLA
sup.force
FIFOpd
HLA
sup.force
FIFOld
HLA（合）
XY
XY
cont.force
Cam
X（合）Y（合）v-sFIFOrF*SINγF*COSγcont.forceF*SINαF*COSα
1164499-25254311114161034-179-1018
2157327-4836030780297697-119-687
3300485-1355544491164341061-154-1050
4257364-13242635592342808-98-802
5291378-16045036795354842-78-838
6、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
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2分析结果
2.1强度分析结果
查看不同工况下的摇臂体强度计算结果，如图5所示为受力最恶劣的工况下
摇臂体强度分析结果。
图6摇臂体强度分析结