Abaqus在某发动机主轴承孔螺纹故障中的应用.docx

Abaqus在某发动机主轴承螺纹孔强度分析的应用

TheapplicationofAbaqusonthemainbearingbolthole

threadstressanalysisofacertainengine.

Abstract:TheprojectcarriesoutEHDsimulationonthemainbearingofacertainengineusing

AVL/Excitesoftware.Itchoosesthebearingloadofthemostcriticalmoment,mapstheoilfilm

pressureofthemainbearingontothemeshsurface,calculatingthecompletepositionshiftofthe

modelusingAbaqus,andusethisasaboundarycondition,yieldsthestressonthemainbearing

boltholes,andusingFemfattoperformhighcyclefatigueanalysisonthemainbearingbolthole

threads.Theresultsareevaluatedandsuggestionsforimprovementarepresented.KeyWords:Abaqus,mainbearingbolthole,fatigue

1前言

某发动机在耐久性试验中，气缸体主轴元分析是最好的手段。

承座出现开裂故障，经检查裂源位于主轴承本文通过AVL/Excite软件进行多体动

螺栓孔内螺纹，与主轴承螺栓根部结合位力学模拟，对主轴承润滑进行分析，并将主

置，由内向外扩展，至气缸体外侧面。由于轴承的油膜压力映射到主轴承座的轴瓦表

发动机结构及受力情况非常复杂，且螺栓孔面，利用Abaqus算出全模型在各工况的位

螺纹应力难于测量，对内螺纹强度通过有限移，并以此作为边界条件，算出主轴

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收稿日期：2013-08-30

作者简介：姚

2模型建立与计算

2.1动力学分析

利用AVL/Excite软件，算出主轴瓦EHD

载荷，如图1～4，主轴承油膜压力如图5～8。

图5第一轴承1447deg总压

图1第一轴承载荷

图6第二轴承1450deg总压

图2第二轴承载荷

图7第四轴承1811deg总压

图3第四轴承载荷

图8第五轴承1808deg总压

2.2有限元分析全局模型

有限元模型包括气缸体、主轴承盖、主

轴承螺栓、上主轴瓦、下主轴瓦,由于第2、

3、4主轴承座结构相同，为了便于计算，分

析模型保留第1、2、4、5主轴承，简化成

一个三缸模型。单元类型为10节点六面体

图4第五轴承载荷

单元C3D10M，有限元模型见图9。

有限元网格用Simlab软件划分，在

Abaqus/CAE里施加边界条件，用Abaqus求解。

表1连接对定义

主面从面连接类型备注

气缸体轴承面主轴承盖轴承面Slide摩擦系数0.15

气缸体轴承左侧面主轴承盖左侧面Slide过盈0.04

气缸体轴承右侧面主轴承盖右侧面Slide过盈0.04

主轴承螺栓法兰面主轴承盖面Tie

主轴承螺栓螺纹面气缸体螺栓孔面Tie

气缸体主轴承孔上主轴瓦Slide半径过盈0.05

主轴承盖主轴承孔下主轴瓦Slide半径过盈0.05

上主轴瓦底面下主轴瓦顶面Slide摩擦系数0.15

图9有限元全局模型

第二分析步：主轴承螺栓预紧+主轴瓦

生产过程中主轴承孔是通过把气缸过盈

体、主轴承盖和主轴承螺栓装配起来后，在第三分析步主轴承螺栓预紧+主轴瓦

上紧螺栓状态下进行加工的，计算中为消除过盈+轴承载荷

螺栓预紧后所引起的主轴承孔变形，首先进2.3有限元分析子模型

行一次螺栓上紧计算，得到主轴承孔变形量模型包括主轴承螺栓孔和主轴承螺栓，

后，进行反圆处理。采用六面面一阶单元C3D8I，如图10。

工作过程中受到主轴承螺栓预紧力、以全模型位移为边界条件，通过Abaqus

主轴瓦过盈、轴承载荷的综合作用，轴承载求得各工况计算结果，图11为气缸体在螺

荷是通过将主轴承的油膜压力映射到主轴栓预紧和主轴瓦过盈工况下的位移分布云

承座的轴瓦表面，计算分析步分为三步：图，图12、13分另为第