CN110147586A - 一种连杆组件linebore分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车发动机结构设计领域的一种连杆组件linebore分析方法。具体包括两条技术路线：第一条技术路线是通过调整孔内表面节点坐标，确保加载装配螺栓力后连杆内孔是一个标准的圆形，然后施加统一的过盈量和间隙量，第二条技术路线是通过过盈或间隙补偿的方法来进行调整连杆在施加装配螺栓力所引起的变形，分析过程中每个节点施加一个单独的过盈量或间隙量。本发明分析方法充分考虑了圆孔机加工工艺的影响，有利于解决轴瓦润滑不足、抱瓦、烧瓦、磨损等工程问题，从而提高结构刚度和强度性能，缩短产品开发周期。

Description

一种连杆组件linebore分析方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机结构设计领域，具体是涉及汽车发动机结构设计的一种连杆组件linebore分析方法。
背景技术
作为发动机当中关键部件，连杆组件把曲轴和活塞连接起来，组件主要包括连杆盖、杆身、大头轴瓦、小头衬套、螺栓。当机加工连杆盖与连杆大头时，螺栓锁紧时大头会出现微小变形，导致连杆大头孔失圆，直接影响轴瓦与连杆盖、杆身的润滑接触。为了避免轴瓦润滑不足、接触不均匀引起的抱瓦、烧瓦、断瓦，杆盖和杆身疲劳断裂等现象，在产品开发前期对连杆组件进行刚度和强度分析具有重要意义。
连杆组件轴瓦与杆身、杆盖的配合精度设计要求非常高，结构件的刚度和强度分析技术目前比较成熟，但是传统的分析方法没有办法考虑连杆大小头孔加工顺序影响而引起的微小变形，导致分析方法误差。
发明内容
为解决机加工对连杆刚度影响的问题，并提供一种的连杆组件linebore分析方法。本方法可以精确的计算连杆在装配螺栓紧固时圆孔内表面产生的微小变形量，利用linerbore方法确保螺栓锁紧前后小大头孔为标准圆形且间隙均匀。这种分析方法使得连杆与轴瓦接触分析结果更加准确，为产品开发提供更精准的技术支持。
本发明连杆组件linebore分析方法有两条技术路线。
第一条技术路线是通过调整孔内表面节点坐标，确保加载装配螺栓力后连杆内孔是一个标准的圆形，然后施加统一的过盈量和间隙量，方案如下：
（1）将连杆组件孔内表面作为标准圆形建立3D模型；
（2）加载螺栓预紧力，获取孔内表面节点变形量；
（3）基于节点变形量，计算得到孔内表面节点的新坐标，按新坐标建立3D模；
（4）再次加载螺栓预紧力，加载后3D模型呈现标准圆形；
（5）加载过盈、间隙量或其他工况分析连杆组件情况。
进一步的，所述步骤（1）具体为：
（1.1）连杆组件结构参数收集，包括三维数模、材料参数、装配螺栓力、装配过盈量和间隙量、爆发压力以及惯性力；
（1.2）通过HyperMesh软件对连杆组件三维数模进行网格划分，建立有限元网格模型，曲柄销采用刚性面，轴瓦、活塞销和衬套采用六面体单元，连杆杆身、杆盖及螺栓采用二阶四面体单元，设置杆身和杆盖内孔表面节点集SET1，从软件中导出INP网格文件；
（1.3）将建好的杆身、杆盖、螺栓的网格模型INP文件导入到Abaqus软件中，进行装配，建立并赋予材料属性，建立杆身与杆盖、螺栓与杆身、螺栓与杆盖的接触对属性。
进一步的，所述步骤（2）具体为：建立装配螺栓预紧力分析，并设置输出SET1节点集的X轴位移U1、Y轴位移U2、Z轴位移U3。
进一步的，所述步骤（3）具体为：
（3.1）输出分析结果中孔内节点集SET1的位移量，计算得到孔内表面节点的新坐标，计算公式为：X1=X0-U1, Y1=Y0-U2, Z1=Z0-U3，原坐标为（X0, Y0, Z0），新坐标为（X1，Y1，Z1）；
（3.2）根据计算得到的新坐标值，更新网格模型INP文件中连杆孔内各节点坐标参数。
进一步的，所述步骤（5）具体为：将新的网格INP文件重新导入Abaqus软件，进行正式的分析，加载螺栓力、装配过盈量、爆发压力，完整网格模型文件应包含连杆杆身、杆盖、螺栓、轴瓦、衬套、活塞销和曲柄销部件。
本发明的第二条技术路线是通过过盈或间隙补偿的方法来进行调整连杆在施加装配螺栓力所引起的变形，分析过程中每个节点施加一个单独的过盈量或间隙量，具体技术方案如下：包括如下步骤：
（1）将连杆组件孔内表面作为标准圆形建立3D模型；
（2）加载螺栓预紧力，在连杆孔内表面与轴瓦外表面指定预设间隙A，确保在螺栓锁紧时连杆内表面与轴瓦外表面不会接触；
（3）计算孔内节点的实际过盈量或间隙量D，
（4）将调整后的过盈量或间隙量D输入到分析模型中，加载螺栓预紧力、过盈量、间隙量或其他工况分析连杆组件情况。
进一步的，步骤（1）具体为：
（1.1）连杆组件结构参数收集，包括三维数模、材料参数、装配螺栓力、装配过盈量和间隙量、爆发压力以及惯性力；
（1.2）通过HyperMesh软件对连杆组件三维数模进行网格划分，建立有限元网格模型，曲柄销采用刚性面，轴瓦、活塞销和衬套采用六面体单元，连杆杆身、杆盖及螺栓采用二阶四面体单元，设置杆身和杆盖内孔表面节点集SET2，从软件中导出INP网格文件；
（1.3）将建好的杆身、杆盖、螺栓、轴瓦、衬套、活塞销的网格模型INP网格文件导入到Abaqus软件中，进行装配，建立并赋予材料属性，接触对属性。
进一步的，步骤（3）中过盈量或间隙量按如下计算获得：D=A-B+C，其中A为连杆孔内表面与轴瓦外表面指定预设间隙，B为连杆孔内表面节点的COPEN值，C 为设计中的理论过盈量或间隙量。
本发明的友谊效果：通过linebore仿真分析方法，调整连杆组件孔内表面节点坐标或者间隙补偿的方法，解决了装配过程中引起连杆组件圆孔失圆的现象，该分析方法有利于解决轴瓦润滑不足、抱瓦、烧瓦、磨损等工程问题，从而提高结构刚度和强度性能，缩短产品开发周期，本发明对前期新品开发具有非常重要的指导意义。
附图说明
图1 本发明技术路线1流程图；
图2 本发明技术路线2流程图。
具体实施方式
实施例1
采用技术路线1，如附图1，具体分析步骤如下：
（1）将连杆组件孔内表面作为标准圆形建立3D模型；
（2）加载螺栓预紧力，获取孔内表面节点变形量；
（3）基于节点变形量，计算得到孔内表面节点的新坐标，按新坐标建立3D模型；
（4）再次加载螺栓预紧力，加载后3D模型呈现标准圆形；
（5）加载过盈、间隙量或其他工况分析连杆组件情况。
其中步骤（1）具体为：
（1.1）连杆组件结构参数收集，包括三维数模、材料参数、装配螺栓力、装配过盈量和间隙量、爆发压力以及惯性力；
（1.2）通过HyperMesh软件对连杆组件三维数模进行网格划分，建立有限元网格模型，曲柄销采用刚性面，轴瓦、活塞销和衬套采用六面体单元，连杆杆身、杆盖及螺栓采用二阶四面体单元，设置杆身和杆盖内孔表面节点集SET1，从软件中导出INP网格文件；
（1.3）将建好的杆身、杆盖、螺栓的网格模型INP文件导入到Abaqus软件中，进行装配，建立并赋予材料属性，建立杆身与杆盖、螺栓与杆身、螺栓与杆盖的接触对属性。
步骤（2）具体为：建立装配螺栓预紧力分析，并设置输出SET1节点集的X轴位移U1、Y轴位移U2、Z轴位移U3。
步骤（3）具体为：
（3.1）输出分析结果中孔内节点集SET1的位移量，计算得到孔内表面节点的新坐标，计算公式为：X1=X0-U1, Y1=Y0-U2, Z1=Z0-U3，原坐标为（X0, Y0, Z0），新坐标为（X1，Y1，Z1）；
（3.2）根据计算得到的新坐标值，更新网格模型INP文件中连杆孔内各节点坐标参数。
步骤（5）具体为：将新的网格INP文件重新导入Abaqus软件，进行正式的分析，加载螺栓力、装配过盈量、爆发压力，完整网格模型文件应包含连杆杆身、杆盖、螺栓、轴瓦、衬套、活塞销和曲柄销部件。
实施例2
采用技术路线2，如附图2，具体分析步骤如下：
包括如下步骤：
（1）将连杆组件孔内表面作为标准圆形建立3D模型；
（2）加载螺栓预紧力，在连杆孔内表面与轴瓦外表面指定预设间隙A，确保在螺栓锁紧时连杆内表面与轴瓦外表面不会接触；
（3）计算孔内节点的实际过盈量或间隙量D，
（4）将调整后的过盈量或间隙量D输入到分析模型中，加载螺栓预紧力、过盈量、间隙量或其他工况分析连杆组件情况。
其中，步骤（1）具体为：
（1.1）连杆组件结构参数收集，包括三维数模、材料参数、装配螺栓力、装配过盈量和间隙量、爆发压力以及惯性力；
（1.2）通过HyperMesh软件对连杆组件三维数模进行网格划分，建立有限元网格模型，曲柄销采用刚性面，轴瓦、活塞销和衬套采用六面体单元，连杆杆身、杆盖及螺栓采用二阶四面体单元，设置杆身和杆盖内孔表面节点集SET2，从软件中导出INP网格文件；
（1.3）将建好的杆身、杆盖、螺栓、轴瓦、衬套、活塞销的网格模型INP网格文件导入到Abaqus软件中，进行装配，建立并赋予材料属性，接触对属性。
步骤（3）中过盈量或间隙量按如下计算获得：D=A-B+C，其中A为连杆孔内表面与轴瓦外表面指定预设间隙，B为连杆孔内表面节点的COPEN值，C 为设计中的理论过盈量或间隙量。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
将连杆组件孔内表面作为标准圆形建立3D模型；
加载螺栓预紧力，获取孔内表面节点变形量；
基于节点变形量，计算得到孔内表面节点的新坐标，按新坐标建立3D模型；
再次加载螺栓预紧力，加载后3D模型呈现标准圆形；
加载过盈、间隙量或其他工况分析连杆组件情况。
2.根据权利要求1所述的一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：
所述步骤（1）具体为：
（1.1）连杆组件结构参数收集，包括三维数模、材料参数、装配螺栓力、装配过盈量和间隙量、爆发压力以及惯性力；
（1.2）通过HyperMesh软件对连杆组件三维数模进行网格划分，建立有限元网格模型，曲柄销采用刚性面，轴瓦、活塞销和衬套采用六面体单元，连杆杆身、杆盖及螺栓采用二阶四面体单元，设置杆身和杆盖内孔表面节点集SET1，从软件中导出INP网格文件；
（1.3）将建好的杆身、杆盖、螺栓的网格模型INP文件导入到Abaqus软件中，进行装配，建立并赋予材料属性，建立杆身与杆盖、螺栓与杆身、螺栓与杆盖的接触对属性。
3.根据权利要求2所述的一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：
所述步骤（2）具体为：建立装配螺栓预紧力分析，并设置输出SET1节点集的X轴位移U1、Y轴位移U2、Z轴位移U3。
4.根据权利要求3所述的一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：
所述步骤（3）具体为：
（3.1）输出分析结果中孔内节点集SET1的位移量，计算得到孔内表面节点的新坐标，计算公式为：X1=X0-U1, Y1=Y0-U2, Z1=Z0-U3，原坐标为（X0, Y0, Z0），新坐标为（X1，Y1，Z1）；
（3.2）根据计算得到的新坐标值，更新网格模型INP文件中连杆孔内各节点坐标参数。
5.根据权利要求4所述的一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：
所述步骤（5）具体为：将新的网格INP文件重新导入Abaqus软件，进行正式的分析，加载螺栓力、装配过盈量、爆发压力，完整网格模型文件应包含连杆杆身、杆盖、螺栓、轴瓦、衬套、活塞销和曲柄销部件。
6.一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将连杆组件孔内表面作为标准圆形建立3D模型；
（2）加载螺栓预紧力，在连杆孔内表面与轴瓦外表面指定预设间隙A，确保在螺栓锁紧时连杆内表面与轴瓦外表面不会接触；
（3）计算孔内节点的实际过盈量或间隙量D，
（4）将调整后的过盈量或间隙量D输入到分析模型中，加载螺栓预紧力、过盈量、间隙量或其他工况分析连杆组件情况。
7.根据权利要求6所述的一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：步骤（1）具体为：（1.1）连杆组件结构参数收集，包括三维数模、材料参数、装配螺栓力、装配过盈量和间隙量、爆发压力以及惯性力；
（1.2）通过HyperMesh软件对连杆组件三维数模进行网格划分，建立有限元网格模型，曲柄销采用刚性面，轴瓦、活塞销和衬套采用六面体单元，连杆杆身、杆盖及螺栓采用二阶四面体单元，设置杆身和杆盖内孔表面节点集SET2，从软件中导出INP网格文件；
（1.3）将建好的杆身、杆盖、螺栓、轴瓦、衬套、活塞销的网格模型INP网格文件导入到Abaqus软件中，进行装配，建立并赋予材料属性，接触对属性。
8.根据权利要求7所述的一种连杆组件linebore分析方法，其特征在于：
步骤（3）中过盈量或间隙量按如下计算获得：D=A-B+C，其中A为连杆孔内表面与轴瓦外表面指定预设间隙，B为连杆孔内表面节点的COPEN值，C 为设计中的理论过盈量或间隙量。
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