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普通四缸發(fā)動機(jī)因?yàn)榈?和第4軸承壁結(jié)構(gòu)和載荷基本一樣，并且第2，4主軸承壁的載荷最大，所以為了簡化模型，通常去除第3，4主軸承壁，留下第1，2和第5主軸承壁。同時為了考慮缸蓋螺栓對缸體主軸承壁的影響，將缸蓋簡化成一薄板后得到虛擬缸蓋模型。簡化后的模型如圖所示。為了得到主軸承的油膜壓力分布載荷，考慮到氣缸體與曲軸系彈性藕合的影響，建立了氣缸體組件的彈性體動力學(xué)模型(包括缸體和主軸承蓋)，并利用有限元子結(jié)構(gòu)方法對氣缸體組件模型進(jìn)行模態(tài)縮減，最終形成柔性體動力學(xué)仿真模型。利用AVLEXCITE軟件建立如圖所示的曲軸系多體動力學(xué)模型，得到的軸瓦EHD載荷結(jié)果如圖所示。
缸體通風(fēng)孔處的高周疲勞強(qiáng)度，從圖中可以看出，該處高周疲勞安全系數(shù)較低，需對此處機(jī)構(gòu)進(jìn)行局部優(yōu)化。圖為主軸座和缸體的接觸情況，從結(jié)果來看，發(fā)生了局部的大滑移，這對主軸承座的可靠性和耐久性極其不利，需通過增加螺栓預(yù)緊力等措施來解決。針對分析的結(jié)果，提出了以下幾條設(shè)計改進(jìn)意見：1)主軸承壁上各缸之間通風(fēng)孔局部修改。2)原螺栓同軸襯套形式的定位方式改為兩邊定位銷定位。3)增大主軸承座螺栓預(yù)緊力，將原M9*1.25的12.9級螺栓改為M10*1.5的11.9級螺栓。4)主軸承壁的螺栓沉孔增大一定深度，滿足螺紋旋合長度的同時使螺栓預(yù)緊力遠(yuǎn)離主軸承壁和主軸承座的接合面，使其分布更均勻。5)增加主軸座的高度，并局部增加材料，以滿足螺栓預(yù)緊力增加而產(chǎn)生的更大應(yīng)力。6)兩螺栓間距增加2mm。
通過多種CAE手段利用成熟的評價方法對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主軸承壁進(jìn)行了強(qiáng)度分析，并且針對原有主軸承壁的結(jié)構(gòu)分布情況提出了幾處設(shè)計改進(jìn)意見。改進(jìn)后的主軸承壁有如下優(yōu)點(diǎn)：1)應(yīng)力幅值有所降低，尤其是在各缸的通風(fēng)孔處，應(yīng)力幅值得到了有效的降低；整個主軸承壁的高周疲勞(HCF)安全系數(shù)也由此提高了約17%，滿足強(qiáng)度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。2)主軸承壁和主軸承座的接觸滑移得到了改善，較大地降低了兩者間的滑移量，避免了兩者間的相對磨損，提高了軸承座的可靠性和耐久性。整個過程采用仿真技術(shù)手段，降低了設(shè)計風(fēng)險；對結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化意見，成功地解決了發(fā)動機(jī)設(shè)計過程的問題，對后續(xù)的試驗(yàn)開發(fā)有著很好的指導(dǎo)意義。
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