基于有限元法的某發電機支架仿真分析

陳思穎

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基于有限元法的某發電機支架仿真分析

陳思穎

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章是基于有限元分析方法對某汽油發動機的發電機支架進行仿真分析，從模態、應力和高周疲勞系數三個方面進行校核。計算結果表明，該分析結果與實際情況相吻合，能夠真實的對發電機支架進行可靠性分析。

發電機支架；有限元；模態；應力集中；高周疲勞

前言

發電機是發動機的重要零部件，對整車行駛的安全性及乘客的舒適性起到重要貢獻。發電機支架是將發電機固定在發動機機體上的直接支撐，其可靠性直接影響著其他前端附件甚至整個發動機能否正常工作。因此支架設計的優劣尤為重要。

本文將基于有限元法對某汽油機的發電機支架進行強度校核，分析其在最大螺栓預緊力、前端皮帶加載的皮帶力和六個方向的加速度下應力分布以及疲勞安全系數。

1 分析過程

某汽油機處于可靠性試驗驗證階段，在800小時交變試驗中，試驗進行200h時發生發電機支架斷裂，故決定對其進行仿真校核。

1.1 有限元模型建立

為了力求接近實際情況是負載情況，分析的模型除了發電機支架外，還需要包括周邊與之相連接的相關零部件，主要有發電機支架、發電機、前端附件等。使用通用軟件Hypermesh進行網格劃分，有限元模型如圖1所示。

圖1 有限元網絡模型

1.2 材料屬性參數輸入

有限元模型分析所需的材料如表1所示，其中發電機質量是6.5kg。

1.3 載荷輸入及邊界確定

載荷是螺栓的預緊力、皮帶張力以及六個方向的振動加速度。螺栓規格M8，打緊力矩是20~25Nm，相應的最大螺栓預緊力為19800N，最小螺栓預緊力為12400N；共振加速度根據試驗臺架共振掃頻測試得出為18G（如圖2）。

表1 材料關鍵屬性

皮帶力由供應商提供，發電機皮帶力和水泵皮帶力如表2、表3所示進行計算。

表2 發電機皮帶力

表3 水泵皮帶力

2 結果分析

2.1 模態分析結果

發動機上的零部件的共振行為受發動機的點火頻率影響，發動機點火頻率計算公式是：

式（1）中，N為氣缸數，n是發動機轉速，r是沖程數。

該四缸發動機的最大持續轉速是6600rpm，4沖程，故其最大點火頻率值是220Hz。

該發電機支架計算一階模態指為274Hz，一階模態振型如圖3所示。根據以往經驗，支架的一階模態大于1.2倍發動機最大點火頻率值時，判定滿足避振設計要求。

圖3 發電機支架一階模態振型

2.2 應力分析結果

圖4是在最大發電機皮帶力和水泵皮帶力下以及最大螺栓預緊力下的應力云圖。支架的最大應力集中在倒圓角折彎處，最大值是62MPa。

圖5是在最大振動加速度18G工況下的應力云圖，其值是92MPa。

該倒角位置是故障件實際斷裂位置，這說明理論計算與實際情況相符合。從分析結果判斷，兩個工況下其最大應力值均小于發電機支架材料ADC12的屈服強度150MPa，滿足強度評價要求。

圖4 最大皮帶力工況下應力云圖

圖5 最大振動加速度18G下應力云圖

2.3 高周疲勞系數

圖6 高周疲勞安全系數云圖

圖6是支架在最大螺栓載荷、最大皮帶力加載和最大振動加速度18G共同作用下的高周疲勞安全系數云圖。從圖中可以看出，支架的高周疲勞最小安全系數1.79，大于1.1的評價限值，滿足高周疲勞強度要求。

3 結論

發電機支架的校核需要進行模態分析、應力分析和高周疲勞分析。從分析數據和故障件可以判斷，應力集中位置是過渡圓角位置，因此建議在制造時加工要保證該結構過渡圓角圓滑無毛刺尖角，以保證零部件可靠性。

[1] 陳家瑞.汽車構造[M].機械工業出版社.

[2] 倪振華.振動力學[M].西安交通大學出版社.

[3] 徐鵬飛.空調壓縮機支架的有限元分析方法[J].汽車實用技術. 2017(16).

Simulation analysis on alternator bracket based on the finite element method

Chen Siying

( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

The article had a simulation analysis on alternator bracket of a gasline enginebased on the finite element method.It was from the Modality,the Stress and High cycle fatigue to calculate the alternator bracket.The results showed that the analysis results were consistent with the actual situation.

Alternator bracket; Finite; Modality; Stress concentrate; High cycle fatigue

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1671-7988(2018)22-57-03

U467

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陳思穎，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，本科、助理工程師，研究方向：機體等結構件設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.019