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基于Abaqus机体主轴承壁强度计算分析

黄鹏1高进1何盛强

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(1.潍柴动力股份有限公司发动机技术研究院，山东潍坊261061)

摘要：针对某机型柴油机机体主轴承壁，以大型有限元软件ABAQUS为分析平台,同时借助EXCITE

Designer软件获取柴油机机体主轴承载荷，对柴油机机体主轴承壁强度进行计算分析，为柴油机设计过程中

较快速、合理地对机体主轴承强度进行评价、优化提供参考。

关键词：机体主轴承壁；ABAQUS；高周疲劳安全系数；轴承载荷

引言

机体作为柴油机的骨架,除了保证活塞、连杆、曲轴及凸轮轴等高速运动件运行的可靠性、耐久性和安全

性,机体本身还应具备足够的刚度、强度。近年来,不断提高的爆发压力和对柴油机振动噪声的限制,对车用柴

油机机体的静态强度和动态特性设计提出了更加严格的要求。借助Abaqus分析软件，采用有限元分析和实验研

究相结合的方法,可对设计阶段的柴油机进行机体强度分析和结构优化。

本文以大型非线性有限元软件ABAQUS为分析平台,同时借助EXCITEDesigner软件获取柴油机机体主轴

承载荷，对于获取的EXCITEDesigner结果采取经验公式的方式进行偏移分布加载到主轴承轴瓦上；进而较详细

合理评估、改进柴油机机体主轴承壁设计过程中的强度等相关问题。

1机体主轴承壁强度计算大致流程

柴油机机体主轴承壁强度计算分析包括几何模型输入、网格划分、计算获得载荷条件、约束与边界设置、

求解评价等环节。本文主要以大型非线性有限元软件ABAQUS为分析平台，针对载荷条件对机体主轴承壁强度

计算结果的影响进行详细对比论述，对机体主轴承壁详细计算过程不做赘述。

2主轴承载荷获取

机体主轴承壁计算过程中，机体主轴承壁强度计算结果主要受模型约束边界、主轴瓦及衬套过盈量、螺栓

预紧力及主轴承载荷的影响。因主轴瓦及衬套过盈量及螺栓预紧力可以通过实际测量获得，除去计算模型网格

及约束边界条件的影响，对计算结果精度影响最大的因素来之于主轴承载荷的获取途径及精度。本文针对主轴

承壁强度计算的主轴承载荷均借助AVL-EXCITE软件获取。

机体主轴承壁载荷的获取方式参考AVL-EXCITEDesigner软件计算得出的主轴承载荷，考虑到动力学因素

的影响适当采用放大值，依据相关经验：柴油机动力学载荷约在静态载荷的基础上放大约20％，汽油机放大约

30％～40％（本文以某型号柴油机为例，轴承载荷参考放大约20％）。主轴瓦载荷偏移量采用经验值往缸内压

力大的气缸侧偏移。轴瓦上的合力按照轴向抛物线、径向120°余弦分布的方式施加。轴瓦力施加的方式如图1

及式（1）所示。

图1轴瓦载荷施加图

1

q(x,?)

F

2

5x3

?p?(1?4)cos?..............................................（1）

2DLL2

2

式中：Fp为作用在轴瓦上的径向载荷，由DESIGNER软件计算得出，D为轴瓦直径，l=轴瓦宽度L×偏移

百分比。

3计算结果

采用该方式获得的柴油机机体主轴承载荷分别对柴油机机体主轴承壁壁强度进行计算分析，本文主要考察

了机体主轴承壁各关注部位高周疲劳安全系数这一重要指标。采用该方式分别对设计改进前后的机体主轴承壁

高周疲劳安全系数进行对比如图2、图3所示，由图中可以看出：采用该计算方式获得的主轴承载荷可以对机

体主轴承壁各处高周疲劳安全系数进行较详细评估，可以通过机体各位置高周疲劳安全系数较详细对比对机体

主轴承壁各部位优化设计方案进行对比分析，较快速有效指导机体主轴承壁设计工作。

图2机体高周疲劳安全系数计算结果

图3体高周疲劳安全系数计算结果

4结论

2

1）在产品设计初期可以借助Abaqus分析软件，采用EXCITEDesigner获取的轴承载荷，较快速地对机体

主轴承壁强度进行合理评价。

2）对于高速柴油机来说，借助Abaqus分析软件，采用该分析方法，可以通过机体各位置高周疲劳安全系

数较详细对比对机体主轴承壁各部位优化设计方案进行对比分析，较快速有效指导机体主轴承壁设计工作。

参考文献

[1]周龙保等《内燃机学》机械工业出版社

[2]ExcitePowerUnitUserGuide，AVL

[3]陆际清等汽车发动机设计清华大学出版社

[4]杨连生.内燃机设计[M].北京：中国农业机械出版社，1984.

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