机油泵支架有限元分析

朴红花，许涛，阮仁宇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

支架是指起支撑作用的构架，由于支架工作环境非常恶劣，载荷变化量大，严重情况下会发生断裂。因此，支架设计是否合理，直接关系到其支撑的零部件是否能够稳定工作。

本文研究的是发动机的机油泵支架，将借助于CAE软件ABAQUS对其进行有限元分析，分别从机油泵支架的模态、强度以及接触滑移量三个方面进行计算，判断其是否满足使用要求。

1 计算设置及网格生成

1.1 设置材料参数

计算模型需要输入准确的材料参数，详细的材料特性参数如表1所示。其中，机油泵支架材料的屈服极限为150MPa。

表1 材料特性参数

1.2 网格划分

网格生成是CAE计算的一个关键步骤，其本质是在计算域上进行离散，从而转变为离散方程组，然后进行迭代求解。网格质量对于计算精度和计算效率有着极为重要的影响。网格划分时，除了机油泵支架本身外，还需对周边相连接的零部件进行网格生成。

1.3 设置约束及载荷

机油泵支架的有限元分析包括模态计算、强度及疲劳分析以及接触滑移分析三种，而每种计算的约束及载荷设置都不同，具体情况如下：

（1）模态计算：

模态是材料的固有属性，因此只需设置约束，无需施加载荷，其约束设置详见图1所示。

（2）强度及疲劳分析：

强度及疲劳分析的约束设置与模态计算相同，载荷的设置主要为：加载最大螺栓预紧力，六个方向15G的重力加速度。

（3）接触滑移分析：

约束也是与模态计算相同，而载荷与强度分析不同的是设置加载最小螺栓预紧力，六个方向15G的重力加速度。

图1 模型部件联接及边界约束

2 计算结果

2.1 模态计算结果

一般来说，要求零部件的一阶设计频率fmin＞（1.3±0.1）*f2，其中式中的 f2为发动机在最大持续超速转速下点火频率。而本发动机的最大持续超速转速为 5700rpm，则可求得f2为 190Hz，所以 fmin＞（228～266）Hz。

图2所示为机油泵支架固有频率值，由图可知，机油泵支架一阶模态频率为655.13Hz，计算可得是f2的3.4倍，大于评价标准（228～266）Hz的上限值，满足隔振性能要求。

图2 前1～6阶振动频率表

2.2 强度及高周疲劳结果

（1）机油泵支架Mises应力分析结果

图3 机油泵支架Mises应力最大位置分布图

图3为机油泵支架的应力最大位置云图。一般不考虑螺栓加载位置的应力奇异现象，而其他位置的最大应力为123.6MPa，小于材料的屈服极限150MPa，应力满足强度指标。

（2）高周疲劳分析结果

图4是机油泵支架安全系数，从图中可知，最小安全系数达到1.207，一般要求大于标准值1.1，因此计算结果满足要求。

图4 疲劳安全系数

2.3 接触滑移分析结果

图5显示的是接触面的滑移量，最大值为3.546微米，小于评价标准值4～10微米，满足标准要求。

图5 接触面滑移量云图

3 结论

（1）机油泵支架的一阶模态固有频率为 655.13Hz，是f2的3.4倍，大于评价标准的上限值，完全满足隔振性能要求。

（2）从应力计算结果来看，最大应力仅为 123.6MPa，而前面提到机油泵支架的材料屈服极限为 150MPa，因此应力满足强度指标。

（3）机油泵支架的最小安全系数达到1.207，大于标准值的1.1，满足疲劳标准要求。

（4）接触面滑移量分析显示：最大接触滑移量为3.546微米，小于标准值4～10微米，也满足标准要求。

通过以上有限元的计算结果来看，机油泵支架的模态、强度及疲劳、接触滑移量均满足评价标准，因此该机油泵支架可以满足使用要求。