淺析某點(diǎn)火線圈安裝板疲勞的問(wèn)題

1、淺析某點(diǎn)火線圈安裝板疲勞的問(wèn)題    1、有限元分析1.1 點(diǎn)火線圈安裝板模型的建立 采用三維軟件對(duì)點(diǎn)火線圈安裝板進(jìn)行建模。將模型導(dǎo)入到Hypermesh軟件中，對(duì)導(dǎo)入的點(diǎn)火線圈安裝板模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。安裝板網(wǎng)格模型圖如圖1所示。 圖1 安裝板網(wǎng)格模型1.2有限元分析結(jié)果 對(duì)圖1所示的點(diǎn)火線圈安裝板網(wǎng)格模型進(jìn)行有限元應(yīng)力計(jì)算，設(shè)定其材料屬性，彈性模量E=2.07e+5MPa,泊松比為0.3，密度為7.9e+3kg/m3。計(jì)算結(jié)果如圖2所示。圖中的應(yīng)力深藍(lán)色表示應(yīng)力最小，紅色表示應(yīng)力最大。紅色處的應(yīng)力值為505.04MPa，改應(yīng)力值大于安裝板所用材料的許用

2、應(yīng)力。同時(shí)有青綠色出現(xiàn)的位置應(yīng)力也相對(duì)較大。 圖2 安裝板計(jì)算結(jié)果2點(diǎn)火線圈安裝板振動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究 2.1試驗(yàn)?zāi)康?試驗(yàn)?zāi)康模簩?duì)點(diǎn)火線圈的安裝板進(jìn)行振動(dòng)疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)安裝板疲勞斷裂程度及斷裂位置，為改進(jìn)安裝板的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 2.2試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)設(shè)備由電動(dòng)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、功率放大器、超低頻掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字電壓表、電荷放大器、振動(dòng)加速度傳感器和示波器等儀器組成。測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖3所示： 圖3 測(cè)試系統(tǒng)框圖 2.3 試驗(yàn)條件 掃頻條件 50100 Hz/10 min 振動(dòng)加速度 43.1 m/（有效值） 振動(dòng)方向 分別沿著x,y,z三個(gè)坐標(biāo)軸方向振動(dòng) 振動(dòng)時(shí)間 每個(gè)坐標(biāo)軸軸向分別為20 小時(shí)2.4

3、 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 試驗(yàn)中，試件通過(guò)專用夾具安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。安裝的時(shí)候，把鉛直方向定義為Z軸方向，水平X、Y方向分別為點(diǎn)火線圈的長(zhǎng)度方向和寬度方向。安裝示意見(jiàn)圖4。 圖4 坐標(biāo)示意圖 按照?qǐng)D3測(cè)試系統(tǒng)框圖安裝連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試件。試驗(yàn)信號(hào)是由超低頻信號(hào)發(fā)生器提供的正弦掃頻信號(hào)。信號(hào)經(jīng)功率放大器放大，放大后的正弦掃頻信號(hào)帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)。安裝在振動(dòng)臺(tái)上的加速度傳感器拾取的加速度振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)信號(hào)經(jīng)電荷放大器輸送到示波器及電壓表進(jìn)行顯示?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員觀察并記錄信號(hào)的變化情況。 在Z方向?qū)c(diǎn)火線圈安裝板進(jìn)行振動(dòng)疲勞試驗(yàn)。啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，將掃頻條件設(shè)置為：50100 Hz/10 min，調(diào)節(jié)功率放大器，同時(shí)

4、觀察示波器，使振動(dòng)加速度有效值為43.1m/s2。Z方向試驗(yàn)時(shí)間為20小時(shí)，每經(jīng)過(guò)1小時(shí)，試驗(yàn)人員停機(jī)檢查一次試件的情況。經(jīng)歷20小時(shí)振動(dòng)之后，觀察試件外觀正常，沒(méi)有螺絲松動(dòng)、裂痕、裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)。然后改變振動(dòng)方向，進(jìn)行X方向振動(dòng)，振動(dòng)過(guò)程和Z方向相同。經(jīng)歷X方向20小時(shí)振動(dòng)后試件外觀正常，無(wú)螺絲松動(dòng)、裂痕、裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)。再次改變振動(dòng)方向，在Y方向進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)開(kāi)始70分鐘后，試件出現(xiàn)縱向裂紋，位置為圖5中的位置。120分鐘后，位置出現(xiàn)縱向斷裂；160分鐘后，試件的右邊線圈螺栓振斷，脫落，位置為圖中的 位置；280分鐘后試件中間線圈螺栓振斷，明顯松動(dòng)，出現(xiàn)橫向斷裂，位置為圖中的位置。試驗(yàn)停

5、止。試件損壞情況如圖5所示： 圖5損壞的試件2.5 試驗(yàn)分析 點(diǎn)火線圈在振動(dòng)試驗(yàn)中，當(dāng)沿著Y方向振動(dòng)的時(shí)候容易導(dǎo)致其機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、斷裂，甚至是點(diǎn)火線圈繞組由于固定螺栓斷裂而從支架上脫落。從結(jié)構(gòu)上分析，主要是由于安裝板上的安裝孔位置分布不合理，使得點(diǎn)火線圈安裝系統(tǒng)在振動(dòng)中形成“懸臂式”的安裝方式，從而導(dǎo)致了支架結(jié)構(gòu)在某些位置會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大的情況。由圖3和圖5比較可以看出，有限元計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果基本一致：即安裝板在圖5所示的、處都出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大的現(xiàn)象。3、改進(jìn)措施及其驗(yàn)證3.1 改進(jìn)措施 通過(guò)有限元和試驗(yàn)分析可知安裝板在圖5所示的、所示機(jī)械結(jié)構(gòu)處都出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大的現(xiàn)象。因此對(duì)安裝板的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)

6、。建議將斷裂處的缺口改過(guò)度圓弧形狀，斷裂處的板加厚2mm。3.2 改進(jìn)后安裝板應(yīng)力計(jì)算 對(duì)改進(jìn)后的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分如圖6所示，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖7所示。圖6 改進(jìn)后的網(wǎng)格圖 圖7 改進(jìn)后安裝板計(jì)算結(jié)果 從圖7可以看出，改進(jìn)后的點(diǎn)火線圈安裝板的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果顯示，改進(jìn)前的、斷裂處的應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。 同時(shí)，對(duì)改進(jìn)后的點(diǎn)火線圈安裝板也做了振動(dòng)疲勞試驗(yàn)，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整個(gè)安裝板沒(méi)有螺絲松動(dòng)、裂痕、裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此說(shuō)明改進(jìn)措施合理。4、結(jié)語(yǔ) 通過(guò)有限元和振動(dòng)疲勞試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)原點(diǎn)火線圈安裝板由于機(jī)械結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致某些位置應(yīng)力集中。而改進(jìn)后的安裝板消除了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而提高了點(diǎn)火線