樸紅花，許濤，阮仁宇

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

前言

支架是指起支撐作用的構(gòu)架，由于支架工作環(huán)境非常惡劣，載荷變化量大，嚴(yán)重情況下會(huì)發(fā)生斷裂。因此，支架設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到其支撐的零部件是否能夠穩(wěn)定工作。

本文研究的是發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油泵支架，將借助于CAE軟件ABAQUS對(duì)其進(jìn)行有限元分析，分別從機(jī)油泵支架的模態(tài)、強(qiáng)度以及接觸滑移量三個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算，判斷其是否滿(mǎn)足使用要求。

1 計(jì)算設(shè)置及網(wǎng)格生成

1.1 設(shè)置材料參數(shù)

計(jì)算模型需要輸入準(zhǔn)確的材料參數(shù)，詳細(xì)的材料特性參數(shù)如表1所示。其中，機(jī)油泵支架材料的屈服極限為150MPa。

表1 材料特性參數(shù)

1.2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格生成是CAE計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵步驟，其本質(zhì)是在計(jì)算域上進(jìn)行離散，從而轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散方程組，然后進(jìn)行迭代求解。網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)于計(jì)算精度和計(jì)算效率有著極為重要的影響。網(wǎng)格劃分時(shí)，除了機(jī)油泵支架本身外，還需對(duì)周邊相連接的零部件進(jìn)行網(wǎng)格生成。

1.3 設(shè)置約束及載荷

機(jī)油泵支架的有限元分析包括模態(tài)計(jì)算、強(qiáng)度及疲勞分析以及接觸滑移分析三種，而每種計(jì)算的約束及載荷設(shè)置都不同，具體情況如下：

（1）模態(tài)計(jì)算：

模態(tài)是材料的固有屬性，因此只需設(shè)置約束，無(wú)需施加載荷，其約束設(shè)置詳見(jiàn)圖1所示。

（2）強(qiáng)度及疲勞分析：

強(qiáng)度及疲勞分析的約束設(shè)置與模態(tài)計(jì)算相同，載荷的設(shè)置主要為：加載最大螺栓預(yù)緊力，六個(gè)方向15G的重力加速度。

（3）接觸滑移分析：

約束也是與模態(tài)計(jì)算相同，而載荷與強(qiáng)度分析不同的是設(shè)置加載最小螺栓預(yù)緊力，六個(gè)方向15G的重力加速度。

圖1 模型部件聯(lián)接及邊界約束

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 模態(tài)計(jì)算結(jié)果

一般來(lái)說(shuō)，要求零部件的一階設(shè)計(jì)頻率fmin＞（1.3±0.1）*f2，其中式中的 f2為發(fā)動(dòng)機(jī)在最大持續(xù)超速轉(zhuǎn)速下點(diǎn)火頻率。而本發(fā)動(dòng)機(jī)的最大持續(xù)超速轉(zhuǎn)速為 5700rpm，則可求得f2為 190Hz，所以 fmin＞（228～266）Hz。

圖2所示為機(jī)油泵支架固有頻率值，由圖可知，機(jī)油泵支架一階模態(tài)頻率為655.13Hz，計(jì)算可得是f2的3.4倍，大于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（228～266）Hz的上限值，滿(mǎn)足隔振性能要求。

圖2 前1～6階振動(dòng)頻率表

2.2 強(qiáng)度及高周疲勞結(jié)果

（1）機(jī)油泵支架Mises應(yīng)力分析結(jié)果

圖3 機(jī)油泵支架Mises應(yīng)力最大位置分布圖

圖3為機(jī)油泵支架的應(yīng)力最大位置云圖。一般不考慮螺栓加載位置的應(yīng)力奇異現(xiàn)象，而其他位置的最大應(yīng)力為123.6MPa，小于材料的屈服極限150MPa，應(yīng)力滿(mǎn)足強(qiáng)度指標(biāo)。

（2）高周疲勞分析結(jié)果

圖4是機(jī)油泵支架安全系數(shù)，從圖中可知，最小安全系數(shù)達(dá)到1.207，一般要求大于標(biāo)準(zhǔn)值1.1，因此計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足要求。

圖4 疲勞安全系數(shù)

2.3 接觸滑移分析結(jié)果

圖5顯示的是接觸面的滑移量，最大值為3.546微米，小于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值4～10微米，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 接觸面滑移量云圖

3 結(jié)論

（1）機(jī)油泵支架的一階模態(tài)固有頻率為 655.13Hz，是f2的3.4倍，大于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的上限值，完全滿(mǎn)足隔振性能要求。

（2）從應(yīng)力計(jì)算結(jié)果來(lái)看，最大應(yīng)力僅為 123.6MPa，而前面提到機(jī)油泵支架的材料屈服極限為 150MPa，因此應(yīng)力滿(mǎn)足強(qiáng)度指標(biāo)。

（3）機(jī)油泵支架的最小安全系數(shù)達(dá)到1.207，大于標(biāo)準(zhǔn)值的1.1，滿(mǎn)足疲勞標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）接觸面滑移量分析顯示：最大接觸滑移量為3.546微米，小于標(biāo)準(zhǔn)值4～10微米，也滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過(guò)以上有限元的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，機(jī)油泵支架的模態(tài)、強(qiáng)度及疲勞、接觸滑移量均滿(mǎn)足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此該機(jī)油泵支架可以滿(mǎn)足使用要求。