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柴油机凸轮轴带轮有限元分析 孙小伟 长城汽车股份有限公司动力研究院 摘要：用 Abaqus 对凸轮轴带轮进行有限元分析，找到了凸轮轴带轮开裂的原因。通过对两个改进方案进行 分析，找到了合理的改进方案。采用改进方案后，未再出现凸轮轴带轮开裂问题。 Abaqus 凸轮轴带轮 柴油机 关键词： 1 前言 某款柴油机凸轮轴带轮在安装过程中出现开裂现象，概率约为2%，如图1所示。本文针对凸轮轴带 轮进行了有限元分析，发现施加螺栓预紧力后在开裂部位最大主应力超出了材料的抗拉强度。减小螺栓 拧紧力矩后凸轮轴带轮未出现开裂问题。 图1 凸轮轴带轮开裂图片 2 原设计方案 2.1 网格划分 有限元模型包括：部分凸轮轴和带轮、螺栓和垫片，如图2所示，共生成二阶精度的四面体网格8万 左右。 图 2 有限元计算模型 1 2011 SIMULIA 中国区用户大会 2.2 边界条件 在 hypermesh 中，建立边界条件，施加载荷，如图 3、4 所示： 凸轮轴与带轮之 间做接触边界条 件 该面所有节点 X 、 Y 和 Z 向全约束 图 3 边界条件 施加的螺栓预紧力按照公式 T=0.2*f*d 计算，式中 T 为螺栓拧紧力矩，0.2 为扭矩系数，f 为螺栓预 紧力，d 为螺栓直径，带轮螺栓拧紧力矩为 110N ·m ，螺栓直径为 0.012m，通过计算得螺栓预紧力为 45833N 。 f 图4 施加螺栓预紧力 2 2011 SIMULIA 中国区用户大会 2.3 参数输入 材料参数见下表。 零部件名称 材料 弹性模量（MPa ） 泊松比 抗拉强度（MPa ） 带轮 粉末冶金 132000 0.21 400 凸轮轴 球墨铸铁 166000 0.25 700 螺栓和垫片 钢 205000 0.3 2.4 原设计 FEA 计算结果 图5 原方案带轮主应力 图6 原方案带轮键槽主应力 如图 5 和图 6 所示，带轮上的最大主应力部位在带轮的开裂