鄒惠萍

ZN485Q發(fā)動(dòng)機(jī)建模和結(jié)構(gòu)分析

鄒惠萍

（蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 汽車工程系，江蘇 蘇州 215105）

文章對(duì)ZN485Q柴油機(jī)缸體進(jìn)行三維實(shí)體建模；然后將模型導(dǎo)入ANSYS中，選擇材料及確定材料的彈性模量、泊松比、密度等基本參數(shù)，進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)某一工況下缸體的受力狀況添加載荷并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析。利用ANSYS中的Block Lanczos法提取前12階自由模態(tài)，并分析了機(jī)體模態(tài)的規(guī)律，為發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考依據(jù)。

柴油機(jī)；缸體；有限元分析

前言

柴油機(jī)廣泛地應(yīng)用于大型的載貨汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)工作的各種工況處于不斷振動(dòng)和磨損中，燃燒過程中產(chǎn)生的壓力使氣缸體容易擠壓變形，溫度的急劇變化以及活塞運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈摩擦影響了氣缸體外形和使用壽命。運(yùn)用軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體強(qiáng)度進(jìn)行校核和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 三維建模

ZN485Q柴油機(jī)具有很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)外形，各種凸臺(tái)、軸承孔、冷卻水套、加強(qiáng)筋、油道孔和各種隔板安置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的箱體上；簡(jiǎn)化機(jī)體不重要的部分，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下的工作情況，為了能夠更加真實(shí)地反映缸體的受力情況。本次選取ZN485Q柴油機(jī)是直列、水冷、四沖程，缸徑85，行程95，標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速，最大扭矩/轉(zhuǎn)速123/1820·。確定發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的材料為HT250鑄鐵，材料屬性為彈性模量=120=1.211，泊松比=0.25，密度=72003。得到如圖1所示得模型。

2 計(jì)算載荷

為了模擬和反映真實(shí)的缸體工作狀況，綜合考慮第二缸做功時(shí)缸蓋的螺栓預(yù)緊力、曲柄連桿組對(duì)缸壁的側(cè)壓力，氣缸的爆發(fā)壓力。其中活塞對(duì)氣缸的側(cè)壓力主要是活塞本身對(duì)氣缸壁的壓力。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體有限元模型

圖2 添加載荷

（1）缸體受力

假設(shè)在第二缸處于做功此時(shí)，氣缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力為10，活塞的曲軸轉(zhuǎn)角處于8度。計(jì)算得柴油機(jī)缸體在第二缸爆發(fā)時(shí)各個(gè)缸缸內(nèi)氣壓分別為0.0192, 10, 0.097,0.505。

（2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力

當(dāng)活塞位于8度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，計(jì)算得=52534.8。

壓縮行程也就是活塞的曲軸轉(zhuǎn)角是188度時(shí)，計(jì)算得=509.4。

由計(jì)算公式得各個(gè)缸的側(cè)壓力分別為-554.6,2899.7, -1012.5,-680.7。將力轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)得：-0.043, 0.228, -0.079,-0.083。

（3）螺栓預(yù)緊力

485柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的最大爆發(fā)壓力為10，氣缸體上表面一共有18個(gè)螺栓孔，每個(gè)缸是6個(gè)螺栓孔，通過計(jì)算結(jié)果得知每個(gè)螺栓的螺栓預(yù)緊力是1703.6。根據(jù)螺栓孔為15mm計(jì)算得=9.640。

在約束條件下，在第二缸做功行程時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體承受壓力得分析圖，如圖2所示。

3 分析結(jié)果

3.1 位移量

該工況下所受的力添加到缸體上后進(jìn)行分析，得到X、Y、Z三個(gè)方向的位移之和，如圖3所示，總位移量是0.446×10-4m。綜合以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)變形量很小，所以各缸所處工況條件下滿足位移量的變化。

圖3 各個(gè)方向的總位移

圖4 Von Mises Stress

3.2 應(yīng)力

該工況下所受的力添加到缸體上后進(jìn)行分析各個(gè)方向上的應(yīng)力如圖4所示。應(yīng)力強(qiáng)度圖顯示最大為105MPa最小為0.05MPa。都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料HT250 的屈服強(qiáng)度值為250MPa所以應(yīng)力強(qiáng)度符合要求。

4 模態(tài)分析

ZN485Q的轉(zhuǎn)速是2600r/min，也就是說每秒轉(zhuǎn)44轉(zhuǎn)，為有個(gè)點(diǎn)火順序的存在，所以曲軸轉(zhuǎn)兩圈，發(fā)動(dòng)機(jī)分別有兩次有一個(gè)缸在做功，也就是振動(dòng)一次。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率是88Hz。12階模態(tài)固有頻率結(jié)果如表1所示。

表1 12階模態(tài)頻率

從結(jié)果可以看出遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第7階激振頻率520.36Hz。如圖5所示，從第7階的振型可以看出，自由模態(tài)下缸體的下面部分比較薄弱。

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Modeling and Structural Analysis of ZN485Q Engine

Zou Huiping

( Department of Automobile Engineering, Suzhou Construction higher Vocational and Technical School, Jiangsu Suzhou 215105 )

In this paper, three-dimensional solid modeling of ZN485Q diesel engine cylinder block is carried out, and then the model is imported into ANSYS to select the material and determine the basic parameters such as elastic modulus, Poisson's ratio, density, etc., and mesh the model. Strength analysis. The Block Lanczos method in Ansys is used to extract the first 12 free modes, and the rules of the airframe mode are analyzed, which provides a reference for the engine structure optimization.

Diesel engine; Cylinder block; Finite element analysis

U467

A

1671-7988(2019)18-127-02

U467

A

1671-7988(2019)18-127-02

鄒惠萍，就職于蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校汽車工程系。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.042