一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法技术

本发明专利技术公开一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，涉及发动机技术领域。其中曲轴轴瓦包括轴承座、轴承端盖和轴瓦本体，轴承端盖与轴承座扣合以形成轴承孔，轴瓦本体穿设在轴承孔内，轴瓦本体包括扣合的上轴瓦和下轴瓦，包括以下步骤：S1、建立曲轴轴瓦的二维有限元仿真模型；S2、进行二维有限元仿真计算；S3、计算每个螺栓所需的预紧力Fv；S4、螺栓的选型；S5、进行三维有限元仿真计算；S6、判断步骤S4中螺栓选型的准确性。该设计方法可根据不同曲轴轴瓦的参数，给出螺栓的规格尺寸作为参考，缩短了设计和评估周期，实用性强。

A Design Method of Bolts for Engine Crankshaft Bush

The invention discloses a design method for bolts of engine crankshaft bush, which relates to the technical field of engine. The crankshaft bush includes bearing seat, bearing end cover and bearing bush body. The bearing end cover and bearing seat are fastened to form bearing hole. The bearing bush body is located in the bearing hole. The bearing bush body includes fastened upper bush and lower bush, including the following steps: S1, establishing two-dimensional finite element simulation model of crankshaft bush; S2, carrying out two-dimensional finite element simulation calculation; S3, calculating each bolt station. Necessary pre-tightening force Fv; S4, bolt selection; S5, three-dimensional finite element simulation calculation; S6, judging the accuracy of bolt selection in 4. According to the parameters of different crankshaft bushes, the design method can give the bolt size as a reference, shorten the design and evaluation cycle, and has strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法
本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法。
技术介绍
在发动机运行过程中，缸内高压气体的压力通过活塞、连杆传递到曲轴，再由曲轴通过油膜传递到曲轴轴瓦，曲轴轴瓦承受着复杂的交变载荷，曲轴轴瓦的背压保证轴承在运行过程中，轴瓦与轴承孔能够紧密结合。如图1所示为现有技术中曲轴轴瓦的结构示意图，曲轴轴瓦包括轴承端盖1、轴承座2和轴瓦本体，轴承端盖1与轴承座2扣合以形成轴承孔，轴瓦本体穿设在轴承孔内，轴瓦本体包括扣合的上轴瓦3和下轴瓦4，下轴瓦4放置在轴承座2中，然后通过轴承端盖1将上轴瓦3和下轴瓦4进行压紧，轴承端盖1与轴承座2的两侧均对应设置有螺栓孔，多个螺栓分别穿过对应的螺栓孔进行固定，使轴瓦本体与轴承端盖1和轴承座2之间存在一定的背压。对于曲轴轴瓦螺栓的设计，现有技术中通常依靠经验进行确定，准确度较差，没有清晰的设计方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，可根据不同曲轴轴瓦的参数，给出螺栓的规格尺寸作为参考，缩短了设计和评估周期，实用性强。本专利技术采用以下技术方案：一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，其中曲轴轴瓦包括轴承座、轴承端盖和轴瓦本体，轴承端盖与轴承座扣合以形成轴承孔，轴瓦本体穿设在轴承孔内，轴瓦本体包括扣合的上轴瓦和下轴瓦，包括以下步骤：S1、建立曲轴轴瓦的二维有限元仿真模型；S2、进行二维有限元仿真计算：以轴承端盖与轴承座连接处的受力表示螺栓施加的预紧力Fv，以上轴瓦和下轴瓦的接触面上的过盈量h，和轴瓦本体和轴承孔之间的过盈量δ，作为两个变量参数，输入步骤S1的二维有限元仿真模型进行二维有限元仿真计算；S3、计算每个螺栓所需的预紧力Fv：读取步骤S2中的仿真结果，通过计算得到轴瓦本体被压紧时受到的切向力F切向力，Fv＝3*F切向力/n，其中n为螺栓的个数；S4、螺栓的选型：根据步骤S4中的预紧力Fv，与国标螺栓的预紧力进行匹配选型；S5、进行三维有限元仿真计算：选用步骤S4中选型的螺栓的三维模型，建立曲轴轴瓦的三维有限元仿真模型，以步骤S3中的预紧力Fv作为输入值进行三维有限元仿真计算；S6、判断步骤S4中螺栓选型的准确性：S61、读取步骤S5的仿真结果中轴瓦本体受到的背压和应力的仿真数值，S62、判断是否满足所述曲轴轴瓦中关于轴瓦本体受到的背压和应力的设计要求，S63、若是，则确定步骤S5中螺栓选型准确，S64、若否，则调整所述过盈量h和/或所述过盈量δ的数值，并返回步骤S2。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S3中F切向力的计算公式为：F切向力＝F切向力h+F切向力δ+F预压力；其中F切向力h为上轴瓦和下轴瓦的接触面受压产生的切向力，由S2中的仿真结果通过计算求得；F切向力δ＝k*δ，其中F切向力δ为轴瓦本体和轴承孔之间受压产生的切向力，k为过盈量-支反力关系线的斜率；F预压力为轴承端盖与轴承座连接处预设的压力值，F预压力为固定值。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中具体包括：S21、保持h的数值不变，以δ作为变量参数，输入多个不同数值的δ，分别进行多次二维有限元仿真计算，读取二维有限元仿真结果中对应的多个轴承端盖与轴承座连接处的支反力F支反力1；S22、以δ的数值为横轴，以F支反力1的数值为纵轴，得到过盈量-支反力关系线，并通过拟合求取过盈量-支反力关系线的斜率k。作为本专利技术的一种优选方案，F切向力h的计算公式为：F切向力h＝C轴瓦*h/2，其中，C轴瓦为轴瓦本体的等效刚度。作为本专利技术的一种优选方案，C轴瓦的计算公式为：C轴瓦＝(C上轴瓦+C下轴瓦)/2，其中C上轴瓦为上轴瓦的刚度，C下轴瓦为下轴瓦的刚度；C上轴瓦＝F支反力/U上，F支反力为轴承端盖与轴承座连接处的支反力，U上为上轴瓦产生的变形量，C下轴瓦＝F支反力/U下，U下为下轴瓦产生的变形量；F支反力、U上和U下的数值通过读取步骤S2的二维仿真结果得到。作为本专利技术的一种优选方案，上轴瓦的内表面和下轴瓦的内表面均涂覆有合金层；在步骤S1中，合金层的材料属性设置与上轴瓦和下轴瓦的材料属性设置不同。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，通过建立曲轴轴瓦的二维有限元仿真模型，以上轴瓦和下轴瓦的接触面上的过盈量h，和轴瓦本体和轴承孔之间的过盈量δ作为变量参数进行二维仿真计算，得到二维仿真数据，通过读取二维仿真数据结果进行计算，得到预紧力Fv，根据Fv与国标的螺栓进行匹配选型，再将选型得到的螺栓进行三维建模，建立曲轴轴瓦的三维有限元仿真模型，以预紧力Fv作为输入值进行三维有限元仿真计算，再通过仿真结果中轴瓦本体受到的背压和应力的仿真数值来验证选型的正确性。本专利技术提出了一种仿真模拟-计算-选型-仿真模拟验证的设计思路，形成一种闭环的设计方法，通过保证了该方法进行螺栓选型的准确性，通过使用这种方法，可根据不同曲轴轴瓦的参数，给出螺栓的规格尺寸作为参考，缩短了设计和评估周期，实用性强。附图说明图1是现有技术中曲轴轴瓦的结构示意图；图2是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法的主流程图；图3是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法的详细流程图；图4是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法中的二维有限元模型示意图；图5是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法中轴瓦本体刚度计算变形云图；图6是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法中轴瓦本体过盈量计算变形云图；图7是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法中过盈量-支反力关系线的示意图。图中：1、轴承端盖；2、轴承座；3、上轴瓦；4、下轴瓦；5、合金层。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。图4是本专利技术提供的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法中的二维有限元模型示意图，从图4可以看出，本专利技术针对的曲轴轴瓦主要包括轴承座2、轴承端盖1和轴瓦本体，轴承端盖1与轴承座2扣合以形成轴承孔，轴瓦本体穿设在轴承孔内，轴瓦本体包括扣合的上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，其中所述曲轴轴瓦包括轴承座、轴承端盖和轴瓦本体，所述轴承端盖与所述轴承座扣合以形成轴承孔，所述轴瓦本体穿设在轴承孔内，所述轴瓦本体包括扣合的上轴瓦和下轴瓦，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立曲轴轴瓦的二维有限元仿真模型；S2、进行二维有限元仿真计算：以所述轴承端盖与所述轴承座连接处的受力表示螺栓施加的预紧力Fv，以所述上轴瓦和所述下轴瓦的接触面上的过盈量h，和所述轴瓦本体和所述轴承孔之间的过盈量δ，作为两个变量参数，输入步骤S1的所述二维有限元仿真模型进行二维有限元仿真计算；S3、计算每个螺栓所需的预紧力Fv：读取步骤S2中的仿真结果，通过计算得到所述轴瓦本体被压紧时受到的切向力F切向力，Fv＝3*F切向力/n，其中n为螺栓的个数；S4、螺栓的选型：根据步骤S4中的预紧力Fv，与国标螺栓的预紧力进行匹配选型；S5、进行三维有限元仿真计算：选用步骤S4中选型的螺栓的三维模型，建立曲轴轴瓦的三维有限元仿真模型，以步骤S3中的预紧力Fv作为输入值进行三维有限元仿真计算；S6、判断步骤S4中螺栓选型的准确性：S61、读取步骤S5的仿真结果中轴瓦本体受到的背压和应力的仿真数值，S62、判断是否满足所述曲轴轴瓦中关于轴瓦本体受到的背压和应力的设计要求，S63、若是，则确定步骤S5中螺栓选型准确，S64、若否，则调整所述过盈量h和/或所述过盈量δ的数值，并返回步骤S2。...

【技术特征摘要】
1.一种发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，其中所述曲轴轴瓦包括轴承座、轴承端盖和轴瓦本体，所述轴承端盖与所述轴承座扣合以形成轴承孔，所述轴瓦本体穿设在轴承孔内，所述轴瓦本体包括扣合的上轴瓦和下轴瓦，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立曲轴轴瓦的二维有限元仿真模型；S2、进行二维有限元仿真计算：以所述轴承端盖与所述轴承座连接处的受力表示螺栓施加的预紧力Fv，以所述上轴瓦和所述下轴瓦的接触面上的过盈量h，和所述轴瓦本体和所述轴承孔之间的过盈量δ，作为两个变量参数，输入步骤S1的所述二维有限元仿真模型进行二维有限元仿真计算；S3、计算每个螺栓所需的预紧力Fv：读取步骤S2中的仿真结果，通过计算得到所述轴瓦本体被压紧时受到的切向力F切向力，Fv＝3*F切向力/n，其中n为螺栓的个数；S4、螺栓的选型：根据步骤S4中的预紧力Fv，与国标螺栓的预紧力进行匹配选型；S5、进行三维有限元仿真计算：选用步骤S4中选型的螺栓的三维模型，建立曲轴轴瓦的三维有限元仿真模型，以步骤S3中的预紧力Fv作为输入值进行三维有限元仿真计算；S6、判断步骤S4中螺栓选型的准确性：S61、读取步骤S5的仿真结果中轴瓦本体受到的背压和应力的仿真数值，S62、判断是否满足所述曲轴轴瓦中关于轴瓦本体受到的背压和应力的设计要求，S63、若是，则确定步骤S5中螺栓选型准确，S64、若否，则调整所述过盈量h和/或所述过盈量δ的数值，并返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的发动机曲轴轴瓦的螺栓的设计方法，其特征在于，步骤S3中F切向力的计算公式为：F切向力＝F切向力h+F切向力δ+F预压力；其中F切向力h为上轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奎，董晶瑾，屠丹红，
申请(专利权)人：中船动力研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31