某车型发动机正时罩盖疲劳强度分析和优化设计

周大权，陈超，林树军，韩晶，龚建平,张刚健，胡景彦

(1.浙江钱江摩托股份有限公司研究院，浙江温岭 317500;2.宁波市鄞州德来特技术有限公司，浙江宁波 315100)

0 引言

发动机悬置主要功能是为发动机提供支撑和限位，同时隔离发动机自身及不平路面传递的振动，是动力总成的核心承载部件。由于车辆运动工况及路况的复杂性，对于目前悬置系统的可靠性开发，需要结合CAE仿真分析以及强化道路可靠性试验。

某车型在比利时路面进行道路试验时，发动机正时罩盖右悬置支架安装点发生断裂失效，严重影响车辆的安全性。因此，采用有限元方法，对正时罩盖原方案和优化方案，进行强度、疲劳分析，改进设计缺陷，解决失效问题。

1 正时罩盖强度分析

1.1 有限元分析模型

正时罩盖有限元分析模型包括：正时罩盖、右悬置支架、部分缸体、部分缸盖、螺栓、螺母、双头螺柱，见图1。右悬置支架通过螺栓和双头螺柱安装在正时罩盖上。

有限元模型主要采用二阶四面体网格，螺栓、螺母、双头螺柱采用一阶六面体网格。为保证分析精度，正时罩盖以及悬置支架关键区域的网格尺寸为1～3 mm。缸体、缸盖等网格尺寸为5～8 mm，以避免过长计算时间。

1.2 材料属性

缸体材料为HT250，缸盖材料为AlSi7Mg，正时罩盖材料为ADC12，悬置支架材料为QT450，其余均为Steel，具体材料属性见表1所示。

图1 有限元模型

表1 材料属性

1.3 边界条件

根据道路试验得到的数据，在ADAMS软件中建立悬置多体动力学模型，得到发动机悬置支架的载荷(见表2)，施加到有限元模型。

表2 支架载荷 N

边界约束处理：缸体缸盖端面6个自由度全约束。

各个零部件之间建立对应的连接关系，螺栓螺纹与螺纹孔采用Tie连接，正时罩盖与缸体缸盖采用Tie连接，悬置支架和正时罩盖采用小滑移接触等。

1.4 应力结果

通过Abaqus后处理计算得到各个工况下的应力结果，分别见图2和图3，最大应力为180 MPa，小于ADC12材料抗拉强度240 MPa，满足设计要求。

图2 工况1

图3 工况2

2 正时罩盖高周疲劳分析

正时罩盖高周疲劳计算基于应力结果，进行疲劳安全系数计算，结果如图4所示，最小安全系数0.58，小于1.1，不满足要求。安全系数最小区域，与正时罩盖断裂位置(见图5)一致。

图4 连杆高周疲劳安全系数

图5 正时罩盖断裂位置

3 设计优化

根据分析结果，对正时罩盖悬置支架安装位置结构进行优化，优化方案具体结构如图6所示。

图6 正时罩盖优化方案

对优化方案计算分析，结果如图7所示，最小安全系数1.15，大于1.1，满足设计要求。通过道路试验进行进一步验证，发动机正时罩盖右悬置支架安装点没有发生断裂失效现象，顺利完成耐久试验，优化方案合格。

图7 正时罩盖优化方案

4 结论

根据正时罩盖与周边零部件的实际装配关系，准确定义连接关系，合理施加约束，建立能够准确反映实际受力的有限元模型。

通过道路试验获得的数据，得到发动机悬置支架的实际载荷，提高了分析精度。对比有限元模型最小安全系数区域与实际失效区域，验证有限元模型的合理性及结果的准确性。

根据分析结果，优化正时罩盖悬置支架安装位置结构，优化方案顺利通过耐久试验，有效解决了失效问题，缩短了产品开发周期。