主軸承蓋結構優化設計
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主軸承蓋結構優化設計
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主軸承蓋結構優化設計

出處:三信   分類:軸承蓋技術資訊  發布:2016-8-19 15:21:24
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      主軸承蓋這一功能件是要達到與發動機設計同等壽命,設計的輸入條件當中,軸瓦的承壓面積決定了主軸承蓋的寬度、厚度尺寸,氣缸體的總體高度、生產線共線通過性等等客觀條件制約著主軸承蓋的高度尺寸。只有在邊界條件限定的范圍內,將主軸承蓋結構做得承載能力強、安全因數大,這樣才能滿足設計定位的需求;同時,對于共線生產的主軸承蓋來說,主軸承蓋的結構設計,也兼顧生產實際,盡量避免共性的加工特征損傷到主軸承蓋的敏感部位,而導致安全因數降低。

 本文針對新開發的一款平分式氣缸體主軸承蓋結構設計進行剖析,通過反復修正主軸承螺栓安裝面高度、鑄件圓角特征、加工尺寸等一系列數據,進行CAE疲勞強度校核,最終實現產品共線生產、疲勞強度高于設計開發要求的目的。

    本文剖析的發動機基本技術參數,見表1。 

氣缸體結構型式

平分式

壓縮比

19

標定功率/轉速(kW/rpm

52/3500

最大扭矩/轉速(N.m/rpm

143/1200~2400

最高爆發壓力(bar

190

表1 基本技術參數

1、計算模型

    主軸承蓋數學模型的建立,是經過與生產工藝反復討論所確定的,這樣交付CAE計算的數學模型將與實際的零件狀態基本保持一致,從而確保了計算結果的可信性。

    下圖為設計繪制的主軸承蓋單元體模型,見圖1、圖2。


1 主軸承蓋單元體模型視圖1


圖2 主軸承蓋單元體模型視圖2

2、CAE疲勞強度計算邊界條件

    2-1、材料特性 (表2)

       2-2、疲勞特性 (表3)

       

       2-3、計算參數 (表4)

3、CAE計算結果

圖3 疲勞強度結果

    經過CAE計算分析,發現在主軸承螺栓安裝面與主軸承蓋過渡處,由于加工產生棱邊,導致該位置度疲勞安全因子低于安全疲勞因子1.1的設計要求,該處疲勞安全因子為0.918。

4、CAE計算結果分析

       根據計算結果顯示,主軸承螺栓安裝面與主軸承蓋扇形區域過渡處存在應力集中,這是導致該處疲勞安全因子低于設計安全值的主要因素。

5、優化設計方案

       針對此缺陷的成因,制定如下二個方案進行設計的優化工作。

       

       制定上述二套方案目的,方案1增加銑刀圓角,希望通過此加工的改進,緩解在過渡處的應力集中情況;方案2提高主軸承螺栓的安裝面,避免在加工過程中銑削到主軸承蓋扇形區域,進而產生棱邊導致應力集中。

6、優化設計方案的驗證計算

       6-1、方案1結果


圖4 優化設計方案1結果

    經過CAE計算分析顯示,針對此位置的棱邊進行圓角加工,并不能徹底改善此位置的應力集中,提高其疲勞安全因子。

    6-2、方案2結果

圖5 優化設計方案2結果

    經過CAE計算分析顯示,通過將主軸承螺栓安裝面提高,將銑刀避讓開主軸承蓋扇形區域,從根本上杜絕了過渡處棱邊的產生,從而提高了主軸承蓋的疲勞安全因子。

7、結論

    7-1、采用設計與CAE計算相結合的方式進行新產品的開發,有效地降低了主軸承蓋的失效風險;

 7-2、主軸承蓋設計時,避免主軸承螺栓安裝面的加工銑削到主軸承蓋扇形區域,能夠避免主軸承蓋的疲勞安全因數的降低。 

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