ZN485Q發動機建模和結構分析

鄒惠萍

ZN485Q發動機建模和結構分析

鄒惠萍

（蘇州建設交通高等職業技術學校 汽車工程系，江蘇 蘇州 215105）

文章對ZN485Q柴油機缸體進行三維實體建模；然后將模型導入ANSYS中，選擇材料及確定材料的彈性模量、泊松比、密度等基本參數，進行模型的網格劃分；根據發動機工作時某一工況下缸體的受力狀況添加載荷并對其進行強度分析。利用ANSYS中的Block Lanczos法提取前12階自由模態，并分析了機體模態的規律，為發動機的結構優化提供了參考依據。

柴油機；缸體；有限元分析

前言

柴油機廣泛地應用于大型的載貨汽車，發動機工作的各種工況處于不斷振動和磨損中，燃燒過程中產生的壓力使氣缸體容易擠壓變形，溫度的急劇變化以及活塞運動的強烈摩擦影響了氣缸體外形和使用壽命。運用軟件對發動機缸體強度進行校核和結構優化。

1 三維建模

ZN485Q柴油機具有很復雜的結構外形，各種凸臺、軸承孔、冷卻水套、加強筋、油道孔和各種隔板安置在發動機缸體的箱體上；簡化機體不重要的部分，考慮到發動機在各工況下的工作情況，為了能夠更加真實地反映缸體的受力情況。本次選取ZN485Q柴油機是直列、水冷、四沖程，缸徑85，行程95，標定功率/轉速，最大扭矩/轉速123/1820·。確定發動機缸體的材料為HT250鑄鐵，材料屬性為彈性模量=120=1.211，泊松比=0.25，密度=72003。得到如圖1所示得模型。

2 計算載荷

為了模擬和反映真實的缸體工作狀況，綜合考慮第二缸做功時缸蓋的螺栓預緊力、曲柄連桿組對缸壁的側壓力，氣缸的爆發壓力。其中活塞對氣缸的側壓力主要是活塞本身對氣缸壁的壓力。

圖1 發動機缸體有限元模型

圖2 添加載荷

（1）缸體受力

假設在第二缸處于做功此時，氣缸內最大爆發壓力為10，活塞的曲軸轉角處于8度。計算得柴油機缸體在第二缸爆發時各個缸缸內氣壓分別為0.0192, 10, 0.097,0.505。

（2）曲柄連桿機構受力

當活塞位于8度曲軸轉角時，計算得=52534.8。

壓縮行程也就是活塞的曲軸轉角是188度時，計算得=509.4。

由計算公式得各個缸的側壓力分別為-554.6,2899.7, -1012.5,-680.7。將力轉換為壓強得：-0.043, 0.228, -0.079,-0.083。

（3）螺栓預緊力

485柴油發動機缸體的最大爆發壓力為10，氣缸體上表面一共有18個螺栓孔，每個缸是6個螺栓孔，通過計算結果得知每個螺栓的螺栓預緊力是1703.6。根據螺栓孔為15mm計算得=9.640。

在約束條件下，在第二缸做功行程時，發動機缸體承受壓力得分析圖，如圖2所示。

3 分析結果

3.1 位移量

該工況下所受的力添加到缸體上后進行分析，得到X、Y、Z三個方向的位移之和，如圖3所示，總位移量是0.446×10-4m。綜合以上結果可以發現變形量很小，所以各缸所處工況條件下滿足位移量的變化。

圖3 各個方向的總位移

圖4 Von Mises Stress

3.2 應力

該工況下所受的力添加到缸體上后進行分析各個方向上的應力如圖4所示。應力強度圖顯示最大為105MPa最小為0.05MPa。都遠遠低于材料HT250 的屈服強度值為250MPa所以應力強度符合要求。

4 模態分析

ZN485Q的轉速是2600r/min，也就是說每秒轉44轉，為有個點火順序的存在，所以曲軸轉兩圈，發動機分別有兩次有一個缸在做功，也就是振動一次。發動機的振動頻率是88Hz。12階模態固有頻率結果如表1所示。

表1 12階模態頻率

從結果可以看出遠遠小于第7階激振頻率520.36Hz。如圖5所示，從第7階的振型可以看出，自由模態下缸體的下面部分比較薄弱。

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Modeling and Structural Analysis of ZN485Q Engine

Zou Huiping

( Department of Automobile Engineering, Suzhou Construction higher Vocational and Technical School, Jiangsu Suzhou 215105 )

In this paper, three-dimensional solid modeling of ZN485Q diesel engine cylinder block is carried out, and then the model is imported into ANSYS to select the material and determine the basic parameters such as elastic modulus, Poisson's ratio, density, etc., and mesh the model. Strength analysis. The Block Lanczos method in Ansys is used to extract the first 12 free modes, and the rules of the airframe mode are analyzed, which provides a reference for the engine structure optimization.

Diesel engine; Cylinder block; Finite element analysis

U467

A

1671-7988(2019)18-127-02

U467

A

1671-7988(2019)18-127-02

鄒惠萍，就職于蘇州建設交通高等職業技術學校汽車工程系。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.042