基于有限元法的某空調(diào)壓縮機(jī)支架仿真分析

郭曉軒，許濤，胡昌良

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于有限元法的某空調(diào)壓縮機(jī)支架仿真分析

郭曉軒，許濤，胡昌良

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于有限元方法對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)的空調(diào)壓縮機(jī)支架進(jìn)行了仿真分析，計(jì)算支架的應(yīng)力分布以及高周疲勞安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果顯示各項(xiàng)結(jié)果都滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)，說明該支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠滿足使用要求。

空調(diào)壓縮機(jī)支架；應(yīng)力；高周疲勞

CLC NO.:U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-128-02

前言

支架是一種起支撐作用的構(gòu)架，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上，布置有各種形式的支架，用于固定發(fā)動(dòng)機(jī)的一些關(guān)鍵零部件，比如空調(diào)壓縮機(jī)支架、機(jī)油濾清器支架、進(jìn)氣歧管固定支架等。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，這些支架將承受各種復(fù)雜的載荷，因此支架設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，將直接影響到這些支架固定的關(guān)鍵零部件工作的可靠性，進(jìn)而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常運(yùn)行。

本文將基于有限元法對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架行強(qiáng)度校核，分析支架在最大螺栓預(yù)緊力、壓縮機(jī)皮帶力和六個(gè)方向15G加速度下的應(yīng)力分布，以及高周疲勞安全系數(shù)。

1 分析過程

1.1 材料屬性參數(shù)

有限元模型分析所需材料屬性如表2所示，其中空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)量為6.1kg，空調(diào)壓縮機(jī)上皮帶力載荷按照最大皮帶力Fmax=2070N計(jì)算。

表1 材料關(guān)鍵屬性

1.2 劃分計(jì)算網(wǎng)格

為了力求接近與實(shí)際情況，分析模型除了空調(diào)壓縮機(jī)支架外，還包括周邊與之相連的相關(guān)零部件，主要有空調(diào)壓縮機(jī)、缸體、油底殼及前端蓋板等。使用通用前處理器Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并設(shè)置好材料屬性以及各零部件之間的接觸或綁定關(guān)系。模態(tài)計(jì)算時(shí)，各接觸面間均設(shè)置為綁定，有限元模型如圖2所示。

1.3 載荷及邊界條件

載荷為螺栓的預(yù)緊力、皮帶力以及六個(gè)方向的振動(dòng)加速度。規(guī)格M8螺栓，打緊力矩為20～25Nm，相應(yīng)的最大螺栓預(yù)緊力為19800N，最小螺栓預(yù)緊力為12400N；加速度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取15G；空壓機(jī)皮帶力如前所述，最大動(dòng)態(tài)皮帶力Fmax=2070N。

圖2 有限元網(wǎng)格模型

2 結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力分析結(jié)果

圖3～6為支架在最大螺栓預(yù)緊力、15G加速度和皮帶力作用下的應(yīng)力云圖，施加綁定約束和接觸單元邊界處的應(yīng)力奇異現(xiàn)象不予考慮，從圖中可以看出，支架的最大應(yīng)力值均未超出強(qiáng)度極限310MPa。

圖3 正負(fù)X方向15G加速度下的Mises應(yīng)力分布

圖4 正負(fù)Y方向15G加速度下的Mises應(yīng)力分布

圖5 正負(fù)Z方向15G加速度下的Mises應(yīng)力分布

圖6 最大皮帶力作用下的Mises應(yīng)力分布

因此，在最大螺栓預(yù)緊力、皮帶力和15G振動(dòng)加速度作用下，支架的應(yīng)力未超過其材料屈服強(qiáng)度極限310MPa，滿足強(qiáng)度評(píng)價(jià)要求。

2.2 高周疲勞結(jié)果

圖7為支架在六個(gè)方向振動(dòng)加速度和皮帶力共同作用下的高周疲勞安全系數(shù)云圖。從圖中可以看出，加載六個(gè)方向15G的加速度和最大皮帶力工況，支架的最小高周疲勞安全系數(shù)分別為2.99和3，大于1.1的評(píng)價(jià)限值，滿足疲勞強(qiáng)度要求。

圖7 支架的高周疲勞安全系數(shù)云圖

3 結(jié)論

通過有限元計(jì)算，得出以下結(jié)論：

（1）加載最大螺栓預(yù)緊力、皮帶力及六個(gè)方向15G的加速度時(shí)，最大未超過材料的屈服強(qiáng)度(310MPa)，強(qiáng)度滿足要求；

（2）加載六個(gè)方向15G的加速度和最大皮帶力工況，支架的最小高周疲勞安全系數(shù)分別為2.99和3，大于1.1的評(píng)價(jià)限值，滿足疲勞強(qiáng)度要求。

通過以上結(jié)論，表明該支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠滿足使用要求。

[1] 陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M]. 北京:人民交通出版社. 2002,6.

[2] 李自強(qiáng),王會(huì). 空調(diào)壓縮機(jī)支架有限元分析[J] 汽車零部件.2016 （08）.

Simulation Analysis on Air Conditioning Compressor Bracket Based on the Finite Element Method

Guo Xiaoxuan, Xu Tao, Hu Changliang
( Anhui Jianghuai Automobile group Co,. Ltd, Hefei 230601 )

The article had a simulation analysis on air conditioning compressor bracket of a certain engine based on the finite element method. The stress distribution and high cycle fatigue safety factor of this bracket were calculated. The results showed that it met the evaluation standard. It was indicated that the design of bracket was rational and it could meet the use requirements.

Air Conditioning Compressor bracket; Stress; High cycle fatigue

U463.6

A

1671-7988 (2017)15-128-02

郭曉軒，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.047