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开口挡圈压装有限元分析

FiniteElementAnalysisofaCirclip

沈栋平,于艇

ShenDong-ping,YuTing

富奥汽车零部件股份有限公司

FawerAutomotivePartsLimitedCompany

摘要:针对某涡轮增压器执行器分总成开口挡圈脱落现象，运用有限元方法建立开口挡圈压装准静态

弹塑性有限元分析模型，模拟开口挡圈压装及压脱过程，分析挡圈正常使用过程中发生脱落现象的原

因。根据分析结果提出了改进方案，并分析了结构尺寸公差对开口挡圈压装结果的影响，提出了合理化建议，从根本上解决了开口挡圈脱落问题。

关键词:开口挡圈，脱落，有限元

1.前言

富奥公司某涡轮增压器在零公里整车测试时出现多起执行器分总成卡环（开口挡圈）

脱落现象，导致涡轮增压器压力不足，无法正常工作。

图1.涡轮增压器总成.图2.执行器分总成.

2.有限元模拟分析

2.1开口挡圈原件压装有限元模拟分析

该开口挡圈为日本进口零件（非国标件），材料为SUS304，材料参数如图3所示。使

用HyperMesh软件进行网格划分，考虑到物理模型的对称性，取整体模型的1/2进行分析，

开口挡圈划分壳单元网格、厚度为0.8mm，销使用解析刚体（石亦平，2006）。开口挡圈

压装有限元模型如图4所示。

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图3.SUS304材料参数.

图4.开口挡圈压装有限元模型.

运用ABAQUS软件，进行准静态弹塑性分析，模拟开口挡圈的压装过程，压装过程中

开口挡圈受力情况如图5所示。压装完成后，开口挡圈应力与应变情况如图6所示，开口挡

圈所受最大应力为354.9MPa，最大塑性应变为0.0406mm；压装完成后，开口挡圈形变及其

与销装配间隙如图7所示，最大变形为0.484mm，间隙大小为0.25-0.28mm。

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图5.开口挡圈准静态压装过程及受力情况.

图6.开口挡圈应力、塑性应变情况.

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图7.开口挡圈形变及其与销装配间隙情况.

通过对开口挡圈的受力情况及塑性变形情况进行分析，可见由于开口挡圈结构设计不

合理（挡圈开口尺寸过小，为5.2mm），导致压装过程中挡圈产生的塑性变形过大，使得装配完成后挡圈与销的间隙过大。

2.2开口挡圈改进方案（国标件）压装有限元模拟分析

根据初步分析结果，进行改进。由于开口挡圈为国标件，根据国标GB896-86更改挡

圈结构，开口挡圈原方案与国标件结构对比如图8所示。

图8.开口挡圈原方案（左）与改进方案（右）结构尺寸对比.

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通过ABAQUS进行准静态弹塑性分析，国标件压装完成后，开口挡圈应力与应变情况

如图9所示，开口挡圈所受最大应力为358.8MPa，最大塑性应变为0.0273mm；压装完成

后，开口挡圈形变及其与销装配间隙如图10所示，最大变形为0.291mm，间隙大小为0.17-

0.21mm。与原设计相比，国标件能有效减小压装塑性变形与装配间隙。

图9.开口挡圈（国标件）应力、塑性应变情况.

图10.开口挡圈（国标件）形变及其与销装配间隙情况.

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2.3开口挡圈压脱力有限元模拟分析

在ABAQUS准静态弹塑性分析模拟开口挡圈的压装过程的基础上，进一步设置一位移载荷步将开口挡圈压脱，同时监控压脱过程中支反力的大小，最大支反力即为开口挡圈的压脱力。开口挡圈压脱力计算结果如表1所示，厚度相同的情况下，国标件的压脱力大小是

原件的2倍多。进而说明在相同的工况下，国标件能减小脱落的机率。

图11.开口挡圈压脱示意图.

表1.开口挡圈压脱力计算结果.

零件厚度mm0.81.01.2

压脱力N（原件）3.614.515.41

压脱力N（国标件）7.589.4311.37

2.4极限偏差对开口挡圈压装影响分析

开口挡圈结构尺寸如图12所示，d的基本尺寸与极限偏差为60-0.18，B为5±0.15，d2为

60+0.075。极限偏差对开口挡圈压装影响分析结果如表2所示。

图12.开口挡圈结构尺寸.

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表2.极限偏差对开口挡圈压装影响分析结果.

尺寸与偏差mm分析结果

序

号

塑性应变

dBd2应力MPa

mm

装配间隙

mm

165.56336.90.02420.1720-0.2196

26-0.095.56337.80.02450.1400-0.1548

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