基于ABAQUS的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔變形量分析

代興偉

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

基于ABAQUS的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔變形量分析

代興偉

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，缸孔會(huì)發(fā)生一定的變形，如果缸孔位置的剛度在設(shè)計(jì)時(shí)偏低，就會(huì)導(dǎo)致缸孔變形量過大，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)油消耗增加、產(chǎn)生竄漏、增加摩擦功，甚至?xí)?dǎo)致拉缸。所以在設(shè)計(jì)初期需要對(duì)缸孔變形進(jìn)行精確的計(jì)算，文章采用有限元的方法，運(yùn)用 ABAQUS軟件分析在螺栓預(yù)緊力下的缸孔變形，評(píng)價(jià)缸孔的剛度是否合理。

缸孔；有限元；ABAQUS軟件

前言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，氣缸套承受的熱負(fù)荷以及爆發(fā)壓力也越來(lái)越高，從而導(dǎo)致缸孔出現(xiàn)很大的變形，如果缸孔變形過大，會(huì)導(dǎo)致缸套與活塞間的局部間隙過大和過小，這樣會(huì)出現(xiàn)機(jī)油消耗增加，發(fā)生竄氣，增加摩擦功等問題，會(huì)直接導(dǎo)致排放超標(biāo)，功率下降的嚴(yán)重問題。因此需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸孔變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，判斷缸孔剛度是否合適，熱態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔變形量難以精確計(jì)算，且熱態(tài)的變形也無(wú)法測(cè)量，本文利用ABAQUS軟件，針對(duì)冷態(tài)下的缸孔變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)冷態(tài)下的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行判斷，研究缸孔剛度是否滿足要求。

1 缸孔變形量的數(shù)學(xué)表達(dá)式

缸孔變形可以用傅立葉級(jí)數(shù)來(lái)描述，通過傅立葉級(jí)數(shù)對(duì)缸套失圓進(jìn)行評(píng)估，假設(shè)ξ(φ)為變形缸套的外形，其中φ表示極坐標(biāo)角度，那么ξ(φ)可近似表達(dá)為如下形式：

其中k為變形階次，φ為相位角。

2 影響缸孔變形量的因素

● 缸體剛度

缸體的剛度強(qiáng)弱會(huì)直接影響到缸孔變形量，缸孔截面上一般布置的是缸體水套，一般缸孔截面處剛度較弱的部位變形量大。

● 缸蓋螺栓預(yù)緊力

缸蓋螺栓打緊時(shí)產(chǎn)生的軸向力通過缸蓋、缸墊傳遞到缸孔處，螺栓力越小缸孔的變形量就越小，但螺栓預(yù)緊力提供缸體缸蓋的壓緊力，若預(yù)緊力過小會(huì)影響缸墊的密封性，導(dǎo)致沖缸墊的現(xiàn)象。

● 缸墊

缸墊的主要結(jié)構(gòu)為各個(gè)重要位置的密封筋，各密封筋的高度的調(diào)節(jié)會(huì)分布缸蓋螺栓產(chǎn)生的壓力，缸孔變形主要靠缸孔處的密封筋的高度，此處的密封筋的調(diào)整也要同時(shí)考慮缸墊的密封性和缸孔變形量。

3 有限元模型及邊界條件

分析模型包括缸體、缸蓋、缸蓋螺栓、進(jìn)氣門、排氣門、氣門座圈和缸墊。使用Hypermesh對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元類型缸墊采用 GK3D12MN，其余采用 C3D10M。有限元模型如圖1所示，缸墊性能如圖2所示。

圖1 缸孔變形量分析有限元模型

圖2 缸墊屬性

4 分析結(jié)果

圖3 一缸缸孔變形量

圖4 四缸缸孔變形量

第一缸和第四缸缸孔截面的傅立葉變換后四階變形量超過限值，如圖3、4所示，在缸孔深度10～25mm之間變形過于劇烈，主要是由于螺栓預(yù)緊力傳遞下來(lái)后對(duì)缸體頂面處的影響較大，可適當(dāng)增加一、四缸缸孔處的剛度和缸孔頂面的剛度，并且調(diào)整缸孔筋的高度。改進(jìn)措施如圖5、6所示。

圖5 增加一四缸剛度

圖6 增加缸孔頂面的剛度

對(duì)修改后的模型進(jìn)行校核，優(yōu)化前后四階最大變形量如表1所示?？梢钥闯觯瑑?yōu)化后的模型各缸的四階變形量均有明顯的改善。

表1 各缸第四階最大變形量

5 結(jié)論

通過有限元的方法可以快速的對(duì)缸孔變形量進(jìn)行分析，優(yōu)化后的結(jié)果表明各缸的四階變形量有了明顯的提升。

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Cylinder Liner Distortion Analysis Based on ABAQUS

Dai Xingwei
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Technology Center, Anhui Hefei 230601）

In the process of engine operation, the cylinder liner deformation will happen. The low stiffness of cylinder liner leads to the large deformation. It will cause more oil consumption, blow-by, and increase the friction, even the break of the cylinder liner. So at the beginning of the design cylinder liner deformation needs to calculate accurately. This paper use the finite element method, calculate the cylinder liner deformation under the pre-tightening of cylinder head bolt. And evaluate whether the stiffness of cylinder liner is reasonable.

Cyliner liner; Finite Element; ABAQUS software

CLC NO.: U472.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-13-02

U472.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-13-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.005

代興偉，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。