某通用小型汽油机箱体有限元分析及结构优化

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1、某通用小型汽油机箱体有限元分析及结构优化摘要：该文运用有限元法对某通用小型汽油机箱体进行了结构强度与刚度分析，结果表明右箱体主轴承位置最大变形量过大，刚度较差。为此对右箱体主轴承区域进行拓扑优化。优化方式为：增加右箱体主轴承处加强筋数量、增加壁面厚度以及在壁面上添加加强条。通过计算表明，该优化方式能使箱体的最大应力与应变大大下降，使其强度刚度有了较大提升，箱体的结构更趋合理。关键词：通用小型汽油机有限元法应力分析结构优化中图分类号：TK411文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）1

2、0（a）-0096-04AuniversalsmallgasolineengineframefiniteelementanalysisandstructureoptimizationZHANGHuipingHUZaishuang（ChongqingVehicleTest&ResearchInstituteCo.Ltd.，Chongqing401122，China）Abstract：Thispaperanalyzedthestructuralstrengthandstiffnessofagenera

3、lsmallgasolineengineboxbyfiniteelementmethod（FEM）.Theresults10showthatthemaximumdeformationinrightboxbodymainbearingpositionistoolarge.Thereasonispoorrigidityoftheregion.Sotopologyoptimizationonrightboxbodymainbearingposition.Theoptimizationmethodsare

4、increasethenumberofstiffenersaroundtheboxbodymainbearing，increasethethicknessofthewallandaddstiffeneronthewall.Theresultsshowthatthemaximumstressandmaximumstraingreatlyreducedbytheoptimizationmethods.Thestrengthstiffnessofengineboxwasincreasedgreatly.

5、Thestructureofengineboxismorereasonable.Keywords：UniversalsmallgasolineengineFEMstressanalysisStructureoptimization10箱体是通用小型汽油机的主要受力部件，通常采用铝合金压铸成型，既要实现动力传递、润滑油输送，又要起安装定位作用，故结构较为复杂。由于箱体主轴承要承受气体爆发压力的作用，如果强度刚度不够会导致轴承座位置变形过大，从而导致油膜失效，曲轴偏磨加剧从而运转偏心率增大，汽油机运行

6、会越来越不稳定，功率和扭矩都会降低并出现较大波动[1-2]。该文针对某一通用小型汽油机箱体的结构特点，采用UG建立通用小型汽油机箱体的三维模型，运用有限元建模软件Hypermesh进行前处理，然后用ANSYS软件进行求解，得到了箱体在某一恶劣工况下的应力、应变云图，根据计算结果对原有结构进行优化设计，将有限元和结构优化技术结合，可以实现机械零件在真正意义上的计算机辅助设计，更重要的是可以得到产品的最佳性价比[3-4]。1箱体有限元模型建立1.1几何模型的建立该文采用UG建立通用小型汽油机箱体的三维

7、模型。通用小型汽油机箱体结构非常复杂，包括左右两个部分，左箱体包含了气缸、燃烧室、扇热片和进排气道等结构；右箱体主要包含了支撑盘。箱体上分布有多种凸台、螺栓孔和油道，为了增加强度和刚度，减少变形，箱体的轴承座四周设有许多加强筋，如图1所示。1.2网格划分10该文采用Hypermesh对箱体进行网格划分，由圣维南局部影响原理可知，物体表面某微面积上作用的外力力系，若被一个静力等效力系所替代，那么物体内部导致局部应力的改变在距离力的作用点较远处，其影响可忽略不计[5]；同时为了减低网格数量，更加高效划

8、分网格，使计算更快捷，在进行网格划分时对原始模型进行了简化，包括对不必要的螺栓孔的填充，去掉部分对结构影响不大的倒角[6]。同时为了缸压的加载封堵了进排气道。该模型共生成261291个网格单元，网格模型如下图2所示。1.3材料定义采用Hypermesh对通用小型汽油机箱体材料进行材料定义，曲轴箱体为铝合金具体的材料参数如下表1所示。铝合金的强度极限位210MPa，对于塑性材料安全系数取1.2到2.5，该文取安全系数为2，则许用应力为105MPa。2箱体载荷与约束的确定2.1箱体受力