凸輪軸強(qiáng)度有限元分析

1、凸輪軸強(qiáng)度有限元分析1概述配氣機(jī)構(gòu)是控制進(jìn)、排氣門開閉的機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式、尺寸參數(shù)以及進(jìn)、排氣升程曲線是決定發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，氣門升程曲線是由凸輪型線通過凸輪、從動件和氣門等零件之間的幾何關(guān)系變換而成。由于從凸輪到氣門之間各零件的剛度不足而引起的變形和質(zhì)量引起的慣性力的影響，有時會使氣門的實(shí)際運(yùn)動偏離設(shè)計(jì)特性的要求，所以必須充分作為配氣機(jī)構(gòu)中質(zhì)量最大，功能最重要的零件，凸輪軸應(yīng)具有足夠高的剛度和強(qiáng)度，同時在輕量化設(shè)計(jì)的要求下，也應(yīng)該使其質(zhì)量保持在一個較低的水平。為了同時滿足這兩個相互矛盾的設(shè)計(jì)要求，需要對凸輪軸進(jìn)行有限元分析。但是為了得到凸輪軸的載荷邊界條件，如軸承對凸輪軸的力

2、及搖臂（或挺柱）對凸輪的反力等等，需要先對配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，本文采用AVl/Tycon在有限元分析之前獲得這些載荷邊界條件。2有限元模型的建立以長安某型號發(fā)動機(jī)為例，該發(fā)動機(jī)采用雙頂置凸輪軸挺柱直驅(qū)形式，排氣凸輪軸前端布置的皮帶輪與曲軸皮帶輪相連，排氣凸輪軸通過齒輪驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸。2.1網(wǎng)格劃分凸輪軸包括前端皮帶輪和齒輪在內(nèi)都屬于比較規(guī)則的零件，采用以六面體為主的單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，皮帶輪、齒輪與凸輪軸連接部位節(jié)點(diǎn)共享，在凸輪段與軸承段中心做rbe2單元，并在軸承段的rbe2單元中心節(jié)點(diǎn)處用接地彈簧與其相連，彈簧剛度值與Tycon模型中的軸承剛度相同（如圖1所示）。結(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)見表1。圖

3、1凸輪軸的有限元模型表1凸輪軸的節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)零杵節(jié)點(diǎn)數(shù)單元數(shù)凸輪軸6L736&0664齒輪85207240皮帶輪22202由橇-2.2材料與屬性計(jì)算中所使用的材料參數(shù)如下：灰鐵的材料參數(shù)（凸輪軸）：彈性模量：106GPa材料密度：7.15e+3kg/m3泊松比：0.3長度單位為：mm鋼的材料參數(shù)（皮帶輪與齒輪）：彈性模量：210GPa材料密度：7.6e+3kg/m3泊松比：0.3長度單位為：mm2.3載荷邊界條件分析凸輪軸的受力情況：前端皮帶輪受到皮帶張力及力矩，齒輪有相互嚙合力及由此引起的力矩，各個凸輪也受到從挺柱傳遞過來的力與力矩，軸承的受力則屬于整個系統(tǒng)的內(nèi)力，不能加載在模型上。圖2和圖3為Tycon動力學(xué)計(jì)算輸出的力與力矩的曲線（每5。凸輪轉(zhuǎn)角1個值）。軸段曼力曲線1y-ForceN|1z-ForceN|3y-ForceN|3z-ForcrN|60D50D40Dz一出ull-a30D2001ODD-10D-20D-30D350i0-50D500550600050equi：；camanqle：deg圖2軸段受力曲線軸段扭拒圖30100V4001x-Torque|Nm3x-Torque|Nm5s-Turque|Nrnl7x-Torque|Nm9s-Torque|Nm50055060Dequiv.camang!Ed已g圖3軸段所