具有 BSG 系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸強(qiáng)度分析及優(yōu)化.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.012具有BSG系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸強(qiáng)度分析及優(yōu)化陳尚尚,章家續(xù),李歡,胡昌良(安徽江淮汽車股份有限公司,安徽合肥230601)摘要:文章根據(jù)某發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸優(yōu)化方案建立其FEA仿真模型,將BSG扭矩補(bǔ)償極端情況下的最大載荷、前端輪系載荷、曲軸皮帶輪螺栓等載荷加載,計(jì)算得出曲軸軸頸圓角處張力和安全系數(shù),從而達(dá)到優(yōu)化曲軸軸頸處高周疲勞強(qiáng)度的目的。關(guān)鍵詞:曲軸;BSG;高周疲勞;安全系數(shù)中圖分類號(hào):U464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7988(2016)08-35-03Thesimulationandoptim

2、izationoftheenginecrankshaftwithBSGsystemChenShangshang,ZhangJiaxu,LiHuan,HuChangliang(AnhuiJianghuaiAutomobileCo.,Ltd,AnhuiHefei230601)Abstract:Itwasbasedontheenginecrankshaftoptimizationschemetoestablishasimulationmodelofthesystem,andloadingtheBSGmaximumload、FEADloadandTVDboltloadontheFEA

3、model,thencalculatethetensilestressandsafetyfactorsaroundthecranknosefillet,thusachievethepurposeofoptimizingthestrengthofthecrankshaftnosefillet.Keywords:Crankshaft;BSG;Highcyclefatigue;SafetyfactorCLCNO.:U464DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2016)08-35-03引言1、背景介紹隨著國(guó)家對(duì)汽車油耗和排放要求越來(lái)越高,48VBSG系

4、國(guó)內(nèi)某發(fā)動(dòng)機(jī)基本型產(chǎn)品無(wú)BSG(BeltStarterGenerator)統(tǒng)在乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。BSG系統(tǒng)具有實(shí)系統(tǒng),為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)平均油耗,現(xiàn)需要在前端輪系處并排現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起停、低速扭矩補(bǔ)償、減速能量回收等功能,可以安裝一套BSG系統(tǒng)。增加BSG系統(tǒng)后,經(jīng)過(guò)FEA計(jì)算,在有效降低整車油耗和排放。BSG系統(tǒng)可以直接增加在常規(guī)發(fā)900轉(zhuǎn)BSG系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行扭矩補(bǔ)償?shù)墓r下,曲軸前端動(dòng)機(jī)前端輪系處,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)影響較小。但是,由于軸頸圓角處存在高周疲勞斷軸風(fēng)險(xiǎn),需要采取措施提高軸頸BSG在低速扭矩補(bǔ)償工況下加載在曲軸前端軸頸處的載荷圓角處高周疲勞安全系數(shù)至≥1

5、.5。較大,一般發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前端軸頸圓角處都會(huì)有高周疲勞斷軸風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響整車安全性。本文提供了一種提高曲軸前端軸頸圓角處高周疲勞的方法和具有BSG系統(tǒng)曲軸軸頸安全系數(shù)FEA計(jì)算方法,以確認(rèn)高周疲勞安全系數(shù)高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),從而避免后期生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。作者簡(jiǎn)介:陳尚尚(1989-),男,助理工程師,就職于安徽江淮汽車股份有限公司,從事發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工作。圖1優(yōu)化方案制定及三維模型輸入2016年第8期陳尚尚等:具有BSG系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸強(qiáng)度分析及優(yōu)化36前端輪系和BSG布置情況如圖一,綠色皮帶為BSG皮約束條件如圖3所示,曲軸皮帶輪輪轂、橡膠、外圈間帶;棕色皮帶為前端輪系皮

6、帶(FEAD),前端輪系中包括水為綁定約束;對(duì)曲軸皮帶輪螺栓安裝面、曲軸皮帶輪螺栓平泵、空調(diào)壓縮機(jī)、墮輪等零部件。BSG電機(jī)通過(guò)曲軸皮帶輪墊安裝面、曲軸皮帶輪安裝面、曲軸正時(shí)鏈輪側(cè)面、曲軸軸向發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加載扭矩,與前端輪系共用一個(gè)曲軸皮帶輪。頸側(cè)面間施加所有方向全綁定約束,曲軸正時(shí)鏈輪內(nèi)孔與曲將曲軸皮帶輪螺栓螺紋嚙合深度由57mm加深到67mm,軸軸頸外徑間施加正常工況下類似的滑移方向綁定約束;對(duì)螺栓長(zhǎng)度同時(shí)加長(zhǎng)10mm,目的是為了將螺紋嚙合處深度盡曲軸皮帶輪螺栓上的螺紋施加正常力矩打緊后的螺紋徑向量超過(guò)曲軸前端軸頸過(guò)渡圓角位置,以期減小曲軸軸頸過(guò)渡力;同時(shí),最主軸瓦正常施加

7、朝向曲軸中心方向的力,使得圓角處的張力,從而提高此處高周疲勞安全系數(shù)。主軸瓦固定在軸頸徑向方向。3.3高周疲勞工況輸入本文分析了兩種極端情況下曲軸軸頸圓角處的安全系數(shù)。3.3.1低速工況BSG布置情況如圖1中綠色皮帶所示,前端輪系供應(yīng)商提供了BSG在低速扭矩補(bǔ)償工況下施加在曲軸上的拉力曲線如圖四中紅色曲線所示,同一工況下BSG輸出力矩曲線如圖五所示。從圖中可以看出低速900轉(zhuǎn)時(shí)BSG補(bǔ)償在曲軸上圖2曲軸皮帶輪螺栓孔螺紋深度優(yōu)化前、后對(duì)比圖的力為4200N、力矩為110N·m,該工況為最惡劣工況之一,也是

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