柴油机油底壳振动特性分析及改进.pdf

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1、·28·柴油机油底壳振动特性分析及改进AnalysisandImproVementofVibrationCharacteristicsforDieselEngineOilSunlp张益锋；薄存志；周冬冬(浙江新柴股份有限公司)摘要：本文主要通过有限元计算，对某柴油机油底壳进行振动特性分析，优化设计新结构油底壳，并对新结构油底壳进行了模态分析。同时，在试验台架上，对新、旧结构油底壳进行了共振分析对比及新结构油底壳的共振耐久考核。试验结果证明：新结构油底壳改变了固有频率，避免了共振发生，解决了油底壳开裂问题。也验证了有限元计算结果的准确性。关键词：油底壳；有限元计算；共振分析；固有频率Key

2、words：oilsump；FEA；vibrationanalysis；natumlfrequency0引言油底壳是柴油机的关键部件之一，其主要作用为储存润滑所用机油，同时封闭曲轴箱，随着柴油机轻量化的要求，油底壳一般采用薄钢板冲压而成。但作为薄壁件，其振动噪声问题日益严重。其振动响应特性与可靠性关系密切⋯。某柴油机油底壳在市场上多次出现开裂现象。本文通过对旧结构油底壳进行有限元计算，确定了原结构模态频率，找到了故障发生的根本原因。并根据计算结果，改进设计新结构油底壳，使其模态频率提高，避免共振发生，且新结构油底壳通过了共振耐久考核，彻底解决了市场上油底壳开裂故障。作者简介：张益锋(19

3、86一)，男，浙江新柴股份有限公司，主要从事柴油机振动噪声方面的研究。图1旧结构油底壳1油底壳有限元计算本文利用PR0／E软件，严格按照实物尺寸对油底壳进行设计建模。利用ABAQuS软件进行有限元计算，包括强度分析与模态分析。计算结果如图l～图5所示。干涉连杆的正常运转。在活塞内腔结构设计中也要考虑到热负荷的影响，原因是活塞顶部所需要承受较高的热负荷，这会引起内腔结构中产生温度应力变化。因而可按照热流型设计内腔结构，能够保证活塞顶部的热量被有效地分散。活塞裙部的壁厚，也会影响内腔结构，活塞裙部的壁厚与裙部的侧压力以及活塞材料等因素有关。对于活塞外圆的设计，其主要分为两个部分：顶部外圆设计

4、与裙部外圆设计。顶部外圆设计中，尽量避免外圆与气缸壁干涉的问题，需要考虑到活塞所受到燃烧室传递的高温压力的影响，要尽可能地降低火力岸的死区容积。活塞裙部外圆一般设计中段凸出、上下两端渐变缩减的桶形，这种设计有利于楔型润滑油膜的形成，5针对于活塞结构强度的分析对于活塞机构强度的计算来说，需要具体的构建出有限元数学模型，活塞结构强度模型的建立包括活塞、活塞销座机构、连杆配套结构等。活塞体大部分采用四面体单元，在需要精确分析应力的活塞销孔位置采用六面体单元，同时活塞销采用六面体单元。在活塞设计初期，可以先单纯施加机械载荷以模仿最大燃烧压力作用下的活塞机械强度校核计算。但这种方法并不能对活塞强度

5、进行完整的分析。本文所研究的对于活塞结构强度的问题，以施加热机耦合应力进行计算活塞温度场一般采用第三类边界条件进行计算，需要确定活塞与高温燃烧气体和冷却油间的换热系数、高温燃烧气体及冷却油的平均温度。发动机缸内换热系数比较复杂且难以准确划定，进行有限元分析时可根据内燃机缸内传热系数的经验公式测算，具体公式古几—F．dg=130矿_o06Po8，-04(G，+1．4)o8为计算活塞结构设计强度，分析和了解工作过程中活塞各关键区域的可靠性，需要尽可能；隹确掌握活塞各关键区域工作时温度。试验采用热电偶测量活塞温度。发动机台架试验结束后，取下活塞将内部数据读出处理分析。6结论本文对4缸柴油机活塞

6、设计以及强度进行了相关的分析，具体分析了柴油机部分结构(包括顶部结构、销座结构、外圆结构与内腔结构)的设计要点以及需要的注意的问题，在本文分析中，由于篇幅的原因，对于部分结构的设计以及活塞结构强度的分析有些粗略，在未来研究中仍需要详细的去探讨。参考文献：[1]廖君慧．高强化柴油机活塞设计[D]．清华大学，2014．[2】王凯，周娜，苏铁熊，张俊跃．柴油机活塞设计分析及强度校核研究【J]．内燃机与配件，2013(01)：lO—14．[3】王凯，周娜，苏铁熊，张俊跃．4L132柴油机活塞设计及强度分析[J]．柴油机设计与制造，2012(04)：15—21．【4】吴波，李慧，王旭兰，王红丽．高

7、强化柴油机活塞的热机耦合强度分析[J]．机械制造，2012(06)：50一52．InternalCombustionEngine＆Partsi⋯c』’⋯rt．∞n．；j}一4‘^5{y■。’∞c州·、二。[t“’、，1h。J。。．⋯“n}⋯!一’．t：图2旧结构油底壳强度计算结果从油底壳强度计算结果可以看出，油底壳发生开裂位置处应力值很低，因此油底壳强度破坏的可能性不大。图3旧结构侧板水平一阶模态根据模态分析结果，旧结构油底壳侧板水