淺析某點火線圈安裝板疲勞的問題

1、淺析某點火線圈安裝板疲勞的問題    1、有限元分析1.1 點火線圈安裝板模型的建立 采用三維軟件對點火線圈安裝板進行建模。將模型導(dǎo)入到Hypermesh軟件中，對導(dǎo)入的點火線圈安裝板模型進行網(wǎng)格劃分。安裝板網(wǎng)格模型圖如圖1所示。 圖1 安裝板網(wǎng)格模型1.2有限元分析結(jié)果 對圖1所示的點火線圈安裝板網(wǎng)格模型進行有限元應(yīng)力計算，設(shè)定其材料屬性，彈性模量E=2.07e+5MPa,泊松比為0.3，密度為7.9e+3kg/m3。計算結(jié)果如圖2所示。圖中的應(yīng)力深藍色表示應(yīng)力最小，紅色表示應(yīng)力最大。紅色處的應(yīng)力值為505.04MPa，改應(yīng)力值大于安裝板所用材料的許用

2、應(yīng)力。同時有青綠色出現(xiàn)的位置應(yīng)力也相對較大。 圖2 安裝板計算結(jié)果2點火線圈安裝板振動疲勞試驗研究 2.1試驗?zāi)康?試驗?zāi)康模簩c火線圈的安裝板進行振動疲勞試驗，發(fā)現(xiàn)安裝板疲勞斷裂程度及斷裂位置，為改進安裝板的設(shè)計提供依據(jù)。 2.2試驗設(shè)備 試驗設(shè)備由電動振動實驗臺、功率放大器、超低頻掃頻信號發(fā)生器、數(shù)字電壓表、電荷放大器、振動加速度傳感器和示波器等儀器組成。測試系統(tǒng)框圖如圖3所示： 圖3 測試系統(tǒng)框圖 2.3 試驗條件 掃頻條件 50100 Hz/10 min 振動加速度 43.1 m/（有效值） 振動方向 分別沿著x,y,z三個坐標軸方向振動 振動時間 每個坐標軸軸向分別為20 小時2.4

3、 試驗過程及結(jié)果 試驗中，試件通過專用夾具安裝在試驗臺上。安裝的時候，把鉛直方向定義為Z軸方向，水平X、Y方向分別為點火線圈的長度方向和寬度方向。安裝示意見圖4。 圖4 坐標示意圖 按照圖3測試系統(tǒng)框圖安裝連接實驗設(shè)備及試件。試驗信號是由超低頻信號發(fā)生器提供的正弦掃頻信號。信號經(jīng)功率放大器放大，放大后的正弦掃頻信號帶動振動臺振動。安裝在振動臺上的加速度傳感器拾取的加速度振動信號，振動信號經(jīng)電荷放大器輸送到示波器及電壓表進行顯示?，F(xiàn)場試驗人員觀察并記錄信號的變化情況。 在Z方向?qū)c火線圈安裝板進行振動疲勞試驗。啟動信號發(fā)生器，將掃頻條件設(shè)置為：50100 Hz/10 min，調(diào)節(jié)功率放大器，同時

4、觀察示波器，使振動加速度有效值為43.1m/s2。Z方向試驗時間為20小時，每經(jīng)過1小時，試驗人員停機檢查一次試件的情況。經(jīng)歷20小時振動之后，觀察試件外觀正常，沒有螺絲松動、裂痕、裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)。然后改變振動方向，進行X方向振動，振動過程和Z方向相同。經(jīng)歷X方向20小時振動后試件外觀正常，無螺絲松動、裂痕、裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)。再次改變振動方向，在Y方向進行試驗，在試驗開始70分鐘后，試件出現(xiàn)縱向裂紋，位置為圖5中的位置。120分鐘后，位置出現(xiàn)縱向斷裂；160分鐘后，試件的右邊線圈螺栓振斷，脫落，位置為圖中的 位置；280分鐘后試件中間線圈螺栓振斷，明顯松動，出現(xiàn)橫向斷裂，位置為圖中的位置。試驗停

5、止。試件損壞情況如圖5所示： 圖5損壞的試件2.5 試驗分析 點火線圈在振動試驗中，當沿著Y方向振動的時候容易導(dǎo)致其機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、斷裂，甚至是點火線圈繞組由于固定螺栓斷裂而從支架上脫落。從結(jié)構(gòu)上分析，主要是由于安裝板上的安裝孔位置分布不合理，使得點火線圈安裝系統(tǒng)在振動中形成“懸臂式”的安裝方式，從而導(dǎo)致了支架結(jié)構(gòu)在某些位置會出現(xiàn)應(yīng)力過大的情況。由圖3和圖5比較可以看出，有限元計算和試驗結(jié)果基本一致：即安裝板在圖5所示的、處都出現(xiàn)應(yīng)力過大的現(xiàn)象。3、改進措施及其驗證3.1 改進措施 通過有限元和試驗分析可知安裝板在圖5所示的、所示機械結(jié)構(gòu)處都出現(xiàn)應(yīng)力過大的現(xiàn)象。因此對安裝板的機械結(jié)構(gòu)進行改進

6、。建議將斷裂處的缺口改過度圓弧形狀，斷裂處的板加厚2mm。3.2 改進后安裝板應(yīng)力計算 對改進后的模型進行網(wǎng)格劃分如圖6所示，應(yīng)力計算結(jié)果如圖7所示。圖6 改進后的網(wǎng)格圖 圖7 改進后安裝板計算結(jié)果 從圖7可以看出，改進后的點火線圈安裝板的應(yīng)力計算結(jié)果顯示，改進前的、斷裂處的應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。 同時，對改進后的點火線圈安裝板也做了振動疲勞試驗，在規(guī)定的實驗條件下進行實驗，實驗結(jié)束后整個安裝板沒有螺絲松動、裂痕、裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此說明改進措施合理。4、結(jié)語 通過有限元和振動疲勞試驗分析，發(fā)現(xiàn)原點火線圈安裝板由于機械結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致某些位置應(yīng)力集中。而改進后的安裝板消除了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而提高了點火線