內燃機主軸承座的ABAQUS強度分析

摘要：本文用ABAQUS軟體進行了內燃機主軸承座的強度分析，計算模型包括缸體、框架、螺栓、軸瓦和曲軸軸頸，計算工況包括螺栓裝配載荷工況、軸瓦裝配載荷工況、動軸瓦載荷工況，計算結果表明軸瓦孔變形小，能滿足最小油膜厚度的要求；螺栓座與框架之間連接處應力大於材料的強度極限，應加大圓角。
關鍵詞：內燃機；主軸承座；ABAQUS
1 序言
為了保證發動機主軸承座設計的可靠性，需要對主軸承座進行強度分析。主軸承座的計算模型，由兩缸中間截面之間的部分組成，具體的零件有缸體、框架、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦和曲軸軸頸。
2 有限元模型的建立
2.1 整體坐標系的定義
整體坐標系採用右手法則的直角坐標系，坐標系的中心在曲軸的中心，X軸的方向與曲軸同向，Y軸在發動機的側向，Z軸與氣缸同向。
2.2 主軸承座有限元模型
主軸承座有限元模型的建立採用前處理軟體HyperMesh和Patran來完成，然後用ABAQUS軟體進行求解。所用單元是二階的10節點四面體單元。表1為計算汽車發動機主軸承座所需的零件、單元數（二階四面體）和節點數。

表 1 各零件單元數和節點數
整體坐標系2.3 材料數據
各零件的材料數據見表2。

3 邊界條件和載荷
本文對發動機的3個載荷工況進行了計算和分析，即螺栓裝配載荷工況、軸瓦裝配載荷工況、動軸瓦載荷工況。
3.1 通用邊界條件的處理
在兩對稱面A、B上施加對稱邊界條件，即所有節點X＝0。

對稱邊界條件3.2 螺栓裝配載荷工況
零件：框架、缸體、主軸承座螺栓、框架螺栓
具體的邊界條件見圖3。

圖3 螺栓裝配載荷工況邊界條件的處理3.3 軸瓦裝配載荷工況
零件：框架、缸體、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦
具體的邊界條件見圖4。

圖4 軸瓦裝配載荷工況邊界條件的處理3.4 動軸瓦載荷工況
零件：框架、缸體、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦、曲軸
具體邊界條件見圖5。

動軸瓦載荷工況邊界條件處理4 結果分析
在前處理軟體中將邊界條件、材料特性等定義好之後，產生INPUT文件，再用ABAQUS軟體求解，將求解結果再調入前處理軟體進行結果后處理。其中的接觸求解為非線性穩態求解。
4.1 變形結果
主軸承座的整體變形，變形值都比較小，都是可接受的。

螺栓預緊力最大時的整體變形量

螺栓預緊力最大時變形最大的位置螺栓預緊力分別為45.5kN、43kN的工況下，變形最大值都出現在螺栓頭和框架接觸處，最大值分別為0.0453mm，0.0429mm，變形值較小，是可接受的。

整體變形量（軸瓦過盈量為66μm）

變形最大的位置（軸瓦過盈量為66μm）軸瓦過盈量為66μm時，變形最大值出現在下軸瓦和框架接觸處，最大值為0.00877mm，變形值非常小。

爆壓為70bar時的整體變形量

變形最大的位置變形最大值出現在框架中部，最大值為0.0282mm，變形值較小。