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48V BSG发动机曲轴前端典型故障分析及试验研究
| 论文题名： | 48V BSG发动机曲轴前端典型故障分析及试验研究 |
| 关键词： | 48VBSG发动机;曲轴前端;有限元;接触滑移;强度分析 |
| 摘要： | 本文主要对某4缸汽油发动机（1.5L）加装48VBSG（BeltDrivenStartGenerator，即利用皮带传动兼顾启动和发电的一体机，以下简称BSG）系统之后的曲轴前端，包括：曲轴、曲轴大螺栓和减震皮带轮等的受力进行分析研究。 加装48VBSG系统改变了原有发动机曲轴前端的工作状态，进而引发减震皮带轮在发动机运转过程中脱落的故障。初步分析是因为曲轴大螺栓松脱失效导致皮带轮脱落。解决此故障是一个十分重要的品质保障课题。本文对此课题进行了分析研究。首先将曲轴的数模导入EXCITETD（TimingDrive）软件建立BSG系统的动力系统模型，依据边界条件计算出启动、助力和能量回收三种工况系统形态、载荷、皮带峰值力和减震皮带轮处的受力作为曲轴前端强度分析的依据；其次使用ABAQUS软件建立曲轴前端模型，依据EXCITETD软件提供边界条件，分析曲轴前端圆角强度、曲轴大螺栓强度和滑移特性；接着利用FEMFAT软件对曲轴圆角疲劳强度进行分析，得出疲劳安全系数；进而根据上述CAE软件的强度分析结果、滑移分析结果和疲劳分析结果，找出曲轴大螺栓松脱失效的可能原因以及优化建议；最后通过专项试验验证了优化方案的改善效果。 本文先后采用了EXCITETD、ABAQUS、FEMFAT、ANSA等软件进行了多体动力学仿真计算，得到了不同工况下轮系的位置变化，皮带的打滑率以及作用在曲轴上的峰值载荷。仿真分析的结果表明，减震皮带轮松脱的主要原因是：现有的摩擦接触不能传递180.2N·m的扭矩，局部滑移可传递的最大扭矩约为140N·m，最大扭矩可以被转移而不滑动约为100N·m。优化建议是在螺栓头圆角处增加半径（增加接触面积）或增加摩擦系数；从疲劳强度的角度来看，曲轴前切口圆角处的应力状态比曲轴轴颈圆角处的应力状态更为重要。曲轴前端圆角处的最小安全系数小于1，而可靠的安全系数应为1.1及以上。优化建议进行额外的表面处理，同时在曲轴前端圆角处增加半径。 本文仿真分析过程、结果对汽油发动机加装BSG系统的改进设计，具有显著的指导意义；亦可供相关零部件生产商、科研院所参考利用。 |
| 作者： | 刘宇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 游斌弟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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