基于ansys的汽车发电机连接螺栓布局设计优化

《基于ansys的汽车发电机连接螺栓布局设计优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于ANSYS的汽车发电机连接螺栓布局设计优化　　摘要：　　针对汽车发电机连接螺栓经常出现的应力集中问题，用ANSYS对发电机连接螺栓在实际工况下的应力情况进行模态分析和谐响应分析.分析已量产的相同设计接口的产品，设定螺栓的疲劳强度.在不增加成本，且不对发电机本身结构做较大改动的前提下，采用旋转连接螺栓整体分布的策略，使新设计的连接螺栓符合设定的疲劳强度.该方案在实际运用中已经得到验证.　　关键词：　　汽车发电机；螺栓；疲劳强度；模态分析；模态叠加法；谐响应分析　　中图分类号：U463.6　　文献标志码：B　　Abstract：　　Inorderto

2、solvethestressconcentrationproblemontheconnectingboltsofautomotivealternator，themodalanalysisandharmonicsresponseanalysisisperformedbyANSYSunderactualworkingload.Thefatiguestrengthofconnectingboltsissetbasedontheanalysisofamassproducedalternatorwiththesamefixation.Byrotatingthe

3、distributionofconnectingbolts，thenewly8designedalternatorboltsmeetthefatiguestrengthrequirementwithoutincreasingcostandwithlesschangeofalternatordesign.Theschemeisverifiedbyactualapplication.　　Keywords：　　automotivealternator；bolt；fatiguestrength；modalanalysis；modalsuperposition

4、method；harmonicresponseanalysis　　0引言　　车用发电机是汽车供电的主要功能零件，位于发动机前端轮系中，在汽车怠速和运行时保证整车的供电需求并及时给汽车电池充电，在发电机工作过程中主要承受来自发动机的振动激励.如果发电机设计不合理，前、后盖的连接螺栓会出现断裂事故，导致发动机前端轮系失效.若采用直径更大的螺栓，将增加发电机设计空间，同时增加发电机成本，在生产线装配过程中也容易出现混料.因此，对发电机前、后盖连接螺栓实际工况中的应力分布情况进行分析研究，在发电机设计前期优化设计降低螺栓应力很有必要.本文对120A发电机与1

5、50A发电机的设计进行对比，预测150A发电机连接螺栓存在的设计风险，进而给出优化方案.　　1谐响应分析　　谐响应分析是用于确定线性结构在承受已知按正弦规律变化载荷时稳态响应的一种技术.由经典力学理论[1]可知，物体的动力学通用方程为　　Mx¨+Cx?+Kx=F（t）（1）　　式中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；x为位移矢量；F（t）为力矢量；x?为速度矢量；x¨为加速度矢量.8　　谐响应分析中，式（1）右侧为　　F=F0cosωt（2）　　基于模态叠加法的谐响应分析，其基础是结构的各阶特征模态，而且载荷的主要频率应该在所提取的频率范围内

6、，确保对载荷精确描述.　　2分析参数及方法　　2.1材料参数　　发电机前后端盖和发动机缸体材料设定为铝合金，爪极、轴、螺栓设定为结构钢，定子铁芯和绕线采用等效方法自定义材料，其他零部件以集中质量的形式添加到相应位置.定子铁芯和绕线的等效方法有很多，有时需要考虑定子叠片和绕线的各向异性所带来的影响[24].本文采用法雷奥公司内部的等效参数.铝合金和结构钢的材料参数见表1.　　2.2分析方法　　由于发电机通过挂角安装在发动机机体上，发动机运转时会对发电机产生激振，所以通过谐响应分析评估发电机应力分布情况.固定发动机缸体边界，发电机各零部件之间进行相应的约

7、束连接，计算发电机约束模态，提取2000Hz以内的模态.基于模态叠加法进行谐响应分析，对发电机活塞方向、曲轴方向和第三方向这3个方向施加10g的加速度载荷，阻尼比为0.03，评估螺栓所受应力情况.[5]　　3分析结果　　汽车发电机前后盖连接螺栓一般采用8.8级的M5螺栓.按照等级规格该螺栓的抗拉强度为800MPa，屈服强度为640MPa.按照文献[5]，承受拉压载荷的金属疲劳极限Sf和屈服极限Su之间的转换关系[6]为8　　Sf=0.35Su　　该螺栓的疲劳强度为224MPa.由于连接螺栓存在预应力，比无预应力状态平均应力增加，应力幅降低，其实际的疲

8、劳强度大于224MPa.[710]由于预应力的存在以及对实际疲劳工况难以准确描述，无法直接计算发电机螺栓实际