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基于ABAQUS某低速柴油机贯穿螺栓设计仿真
王奎
（中船动力研究院有限公司，上海200129）
摘要:本文以低速柴油机贯穿螺栓为研究对象，在发动机几大部件设计完成后，进行贯穿螺栓进行初步设计，确
定贯穿螺栓的杆身直径和杆身各处过渡圆角尺寸。然后通过对贯穿螺栓进行理论受力分析，分析不同工况下的受
力情况。最后通过借助有限元分析的方法，校核贯穿螺栓的静强度和疲劳强度，保证了贯穿螺栓的安全性。
关键词：柴油机；贯穿螺栓；疲劳强度
0引言
船用低速柴油机贯穿螺栓的主要功能将气缸体、机架和机座三大部件连接在一起，并保证
在发动机运行过程中不会出现滑动或分离。
针对某新研发机型，在设计基本条件确定后，设计出贯穿螺栓的初始关键尺寸，然后搭建
初始3D模型，通过对贯穿螺栓进行理论受力分析，分析不同工况下的受力情况。最后通过借
助有限元分析的方法，校核贯穿螺栓的静强度和疲劳强度，保证了贯穿螺栓的安全性。
1贯穿螺栓初步设计
螺栓杆身直径确定
贯穿螺栓的关键尺寸主要包括整体长度和杆身直径，两者的设计依据如下。
长度：依据与机座轴承座连接形式、机架和缸体高度尺寸、液压拉伸器尺寸等确定。
直径：依据力学分析结果、材料性能、空间安装要求、液压拉伸器尺寸等确定。
在贯穿螺栓的长度和直径确定后，便需要根据发动机气缸压力和缸盖尺寸等初步确定贯穿
螺栓的预紧力。在设计时，首先根据参考机型统计出贯穿螺栓预紧力与气缸压力关系，如下
图所示。从图中可以看出，贯穿螺栓的预紧力与气体爆压力之比的范围在1.25～2.78之
间，大部分在1.5～2之间，设计中可以进行参考。
3
力2.5
压
爆2
体
气1.5
/
力1
紧
预0.5
0
图1贯穿螺栓预紧力与气缸压力关系
贯穿螺栓设计时需要考虑材料本身的强度问题，一般按照材料的屈服强度进行评估，
以保证贯穿螺栓的安全性。设计初期，根据参考机型，统计出贯穿螺栓屈服强度与预紧应
力的关系如下图所示。从图中可以看出，贯穿螺栓屈服强度与预紧应力0.44～0.83之间，
大部分在0.7左右。
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0.9
0.8
度
强0.7
服0.6
屈0.5
/
力0.4
应
紧0.3
预0.2
0.1
0
图2贯穿螺栓屈服强度与预紧应力的关系
综合以上BENCHMARK机型的分析可以看出，在不考虑相邻气缸爆压的影响时，贯穿螺
栓的预紧力/气体爆压，即贯穿螺栓的预紧系数在（1.25~2.23）的范围内，大部分机型的预紧
系数在（1.5~2.
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