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發動機飛輪殼強度的有限元分析

發表時間:2022-04-05 22:08 閱讀:
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      飛輪殼是連接發動機和變速器的過渡性零件,用作發動機在車架上的后懸置支承點。隨著路面沖擊載荷、發動機內部激勵等工況環境的要求越來越高,容易加速飛輪殼的損壞,最終破裂帶來巨大損失。目前飛輪殼的破裂在產品失效中所占比例很高,經常在飛輪殼殼體上發現裂紋,而飛輪殼設計不合理、生產工藝問題及安裝調試不當等都是造成飛輪殼損壞的主要原因。
      市場上大量的飛殼輪損壞主要與其結構設計不合理有關,所以分析飛輪殼的受力狀況,確定應力分布,有助于找出飛輪殼出現的裂紋的原因及提出正確的修改方案。采用了大型有限元分析結構軟件ANSYS對某公司提供的發動機飛輪殼結構進行兩種受力情況下多種不同工況的強度校核,得到應力分布情況,并與裂紋實際發生位置進行對比,最終得到與實際情況最接近的加載方式,為飛輪殼的設計與改進提供依據。
      描述了飛輪殼典型裂紋的出現位置,如圖1所示。描述了飛輪殼與發動機、離合器連接面的結構原理,如圖2所示。飛輪殼正面與發動機的10個螺栓連接,反面通過12個螺栓與離合器殼相連接,而離合器殼又通過螺栓與變速箱連接。機器在運行過程中,飛輪殼的斷裂是來自發動機、離合器傳系和機座的反作用力、振動及彎矩相互作用的結果。飛輪殼受力的短時間內可認為是靜態的,因此,將對飛輪殼結構進行靜力學分析以找到合理的斷裂原因。
      飛輪殼材料為蠕墨鑄鐵RuT340,材料在常溫下的屈服極限為270MPa,強度極限為340MPa,彈性模量為1.15xe5MPa,材料的泊松比取為0.27,密度為7100kg/m3。
      螺栓材料為Q235-A,材料在常溫下的屈服極限為235MPa,強度極限為380MPa,彈性模量為2.1xe5MPa,材料的泊松比取為0.3,密度為7850kg/m3。
      有限元模擬主要分析了飛輪殼受力來自于機座和傳動系兩種可能情況,并對每種受力情況下的5種工況進行仿真分析,尋求與實際情況最接近的加載方式。
      (1)傳動系施力
      來自于傳動系的作用力,通過在離合器端面建立剛性面,并在剛性面中心引出長為1120mm,直徑為30mm的剛性懸臂梁,并在其端面中心施加力值實現,如圖3所示。發動機端部的作用力可通過連接的螺栓端面建立剛性面,在中心施加力值來實現,如圖所示。
      傳動系施力時,對以下5種工況進行分析計算:
      工況1:發動機端部及左機座全約束固定,剛性懸臂梁施加Fx=1.0xe5N;
      工況2:發動機端部及左機座全約束固定,剛性懸臂梁施加Fy=1.0×e5N;
      工況3:左機座全約束固定,發動機端釋放,剛性懸臂梁施加Fy=1.0xe5N;
      工況4:發動機端部及左機座全約束固定,剛性懸臂梁施加Fx=1.0xe5N,發動機端施加Fx=1.0xe5N;
      工況5:發動機端部及左機座全約束固定,在離合器連接的每個螺栓上均布X正方向的力,力值總和為1.0xe5N。
      (2)機座施力
      機座施力時,對以下5種工況進行分析計算:
      工況1:發動機端部固定,左上、下機座施加Fz=1.0xe5N;
      工況2:發動機端部固定,左上、下機座和右上、下機座均施加Fz=1.0xe5N;
      工況3:發動機端部固定,左上、下機座施加Fz=2.0xe5N,右上、下機座施加Fz=1.0xe5N;
      工況4:發動機端部固定,左上、下機座施加Fz=1.0xe5N,右上、下機座施加Fz=-1.0xe5N;
   ;   工況5:發動機端部固定,左上機座和右上機座施加Fz=1.0xe5N,左下機座和右下機座施加Fz=-1.0xe5N;


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