某點(diǎn)火線圈安裝板疲勞問題的研究

1、某點(diǎn)火線圈安裝板疲勞問題的研究         摘要：針對某汽車點(diǎn)火線圈安裝板疲勞的問題，運(yùn)用CAE定量分析法和振動疲勞試驗分析技術(shù)對點(diǎn)火線圈安裝板進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)在安裝板的某些位置出現(xiàn)應(yīng)力過大的情況。對于應(yīng)力過大的問題提出改進(jìn)方案，并對改進(jìn)方案用CAE分析法和試驗法進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，改進(jìn)措施合理。 關(guān)鍵詞：疲勞；應(yīng)力；點(diǎn)火線圈安裝板 Abstract: the fatigue of a car ignition coil mounting plate, using the CAE quantitative

2、 analysis and to study vibration fatigue test analysis techniques the ignition coil mounting plate. The study found that some of the mounting plate, too much stress. Too much stress ideas to improve the analysis and improvement program with CAE analysis and test method. The analysis results show tha

3、t reasonable improvements.Key words: fatigue; stress; ignition coil mounting plate 中圖分類號：V233.3 24文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2012）02- 點(diǎn)火線圈作為汽車點(diǎn)火控制系統(tǒng)的重要組成部件，是為點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)空氣和燃油混合物提供能量的執(zhí)行部件。點(diǎn)火線圈的安裝可靠性在點(diǎn)火控制系統(tǒng)的使用過程中起到重要的作用。而點(diǎn)火線圈安裝板是點(diǎn)火線圈安裝可靠性的關(guān)鍵部件。因此點(diǎn)火線圈安裝板的疲勞壽命直接影響點(diǎn)火控制系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。本文主要針對某點(diǎn)火線圈安裝板的疲勞問題運(yùn)用CAE分析法和振動疲勞

4、試驗分析技術(shù)分別進(jìn)行研究，并分析研究結(jié)果，提出相應(yīng)改進(jìn)措施。 內(nèi)容： 1、有限元分析 1.1 點(diǎn)火線圈安裝板模型的建立 采用三維軟件對點(diǎn)火線圈安裝板進(jìn)行建模。將模型導(dǎo)入到Hypermesh軟件中，對導(dǎo)入的點(diǎn)火線圈安裝板模型進(jìn)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(diǎn)火線圈安裝板網(wǎng)格模型進(jìn)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(lán)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應(yīng)力

5、。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(diǎn)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(diǎn)火線圈的安裝板進(jìn)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(jìn)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(biāo)軸方向振動 振動時間 每個坐標(biāo)軸軸向分別為20 小時 2.4

6、 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(diǎn)火線圈的長度方向和寬度方向。安裝示意見圖4。 圖4 坐標(biāo)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(jìn)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(diǎn)火線圈安裝板進(jìn)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

7、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(jī)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(jìn)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(jìn)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

8、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(diǎn)火線圈在振動試驗中，當(dāng)沿著Y方向振動的時候容易導(dǎo)致其機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、斷裂，甚至是點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)措施及其驗證 3.1 改進(jìn)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(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)

9、行改進(jìn)。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(jìn)后安裝板應(yīng)力計算 對改進(jìn)后的模型進(jìn)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(jìn)后的網(wǎng)格圖 圖7 改進(jìn)后安裝板計算結(jié)果 從圖7可以看出，改進(jìn)后的點(diǎn)火線圈安裝板的應(yīng)力計算結(jié)果顯示，改進(jìn)前的、斷裂處的應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。 同時，對改進(jìn)后的點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)火線圈安裝板由于機(jī)械結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致某些位置應(yīng)力集中。而改進(jìn)后的安裝板消除了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而提高了點(diǎn)火線圈安裝板