苏晓芳，许涛，王会

（1.安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.北京工业职业技术学院，北京 100042）

减震皮带轮有限元分析

苏晓芳1，许涛1，王会2

（1.安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.北京工业职业技术学院，北京 100042）

∶文章对某汽油机的减震皮带轮的进行了有限元分析，具体分析项目主要包括静强度校核以及疲劳校核。计算结果显示，最大主应力小于材料的拉伸极限，最小主应力绝对值小于材料压缩极限，两个计算工况的最小疲劳安全系数均满足评价指标。

∶减震皮带轮；有限元；静强度；疲劳

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.030

CLC NO.: U464.171Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-80-03

前言

减震皮带轮是发动机传动机构中最重要的零件之一，一方面将曲轴输出的动力传递给压缩机、水泵、发电机等部件外，另一方面还将曲轴输出的动力传递给凸轮轴，驱动正时系统，此外，减震皮带轮最重要的作用就是减震，为了减少因发动机工作时产生的冲击震动，会在普通的全铁皮带轮上，在中间环形切开成内外两个部分，在内外两部分的中间（空隙里）填充上橡胶，也就是一橡胶层。这样发动机的动力首先传到皮带轮内圈，再转到中间层减振橡胶，再从减振橡胶传到外圈。这样，发动机的振动和响声就会因橡胶“层缓”后在铁质外圈得到减小， 从而降低了噪音和缓解了震动冲击力。本文将对某汽油机的减震皮带轮进行有限元分析，校核皮带轮轮毂的强度。

1、分析过程

减震皮带轮的有限元分析，具体分析项目有静强度校核以及疲劳校核，其中静强度校核主要考察减震皮带轮在最大皮带力、最大扭矩以及最大曲轴轴向力作用下的应力，而疲劳校核主要是考察皮带轮在最小皮带力、最大最小曲轴轴向力、最大最小扭矩等动态力作用下的轮毂疲劳。

1.1划分网格

为了节省计算成本，本次计算中对三维模型进行一定的简化，将曲轴沿第一主轴承中心横截面截断，保留前部分。通过Abaqus对简化后的模型进行网格划分，网格类型为C3D10M，网格模型如图1所示。

1.2施加载荷

静力计算工况及加载情况：第一步加载最大螺栓载荷（165000N）和最大皮带载荷（915N），第二步加载最大螺栓载荷（165000N）和最大轴向载荷（2000N）以及最大扭矩载荷（189000Nmm）。

图1　减震皮带轮网格模型

疲劳计算工况及加载情况：

（1）加载皮带力工况：第一步加载最大螺栓载荷（165000N）和最小皮带载荷（0N），第二步加载最大螺栓载荷（165000N）和最大皮带载荷（915N）。

（2）加载轴向力及扭矩工况：在加载最大螺栓载荷的基础上，第一步加载最小轴向载荷（0N）和最小扭矩载荷（0Nmm），第二步加载最大轴向载荷（2000N）和最大扭矩载荷（189000Nmm）。

加载情况如图2、3所示。

图2　加载扭矩和曲轴轴向力示意图

图3　加载皮带力示意图

1.3材料属性

材料属性详见表1。

表1　材料属性

2、结果分析

2.1加载皮带力

图4所示的是最小主应力云图，主要考察压缩应力是否超标。从图中可以看到除了和螺栓垫片以及链轮轴接触的部位压应力超过材料压缩极限840MPa外，其它区域均在压缩极限以内。而和螺栓垫片以及链轮轴接触的部位属于接触面的边缘，应力计算误差较大，一般在计算中不考虑这些区域。

图5所示的是最大主应力云图，考察拉伸应力是否超标。从图中可见除了键槽部位的拉应力超过材料拉伸极限250MPa外，并未发现其它危险区域。同样，键槽部位也不考虑。

图4　皮带轮毂最小主应力云图——加载皮带力

图5　皮带轮毂最大主应力云图——加载皮带力

图6所示的是加载皮带力时的减震皮带轮轮毂内圈最小安全系数，从图中可见最小安全系数为1.18，在键槽部位，满足大于1.1的标准。

图6　皮带轮毂最小安全系数——加载皮带力

2.2加载扭矩及轴向力

图7所示的是最小主应力云图，从图中可以看到除了和上述一样的接触接触面部位以外，压应力均在材料压缩极限840MPa以内，并未发现危险区域。

图7　皮带轮内圈的最小主应力云图——加载最大扭矩及轴向力

图8所示的是最大主应力云图，从图中可见除了键槽部位以外，拉应力均在材料拉伸极限250MPa以内，未发现危险区域。

图9所示的是加载扭矩及轴向力时的减震皮带轮轮毂内圈最小安全系数，从图中可见最小安全系数为1.24，在键槽部位，满足大于1.1的标准。

图8　皮带轮内圈的最大主应力云图——加载最大扭矩及轴向力

图9　皮带轮轮毂的最小安全系数——加载扭矩及轴向力

3、结论

静强度计算显示：加载皮带力工况，以及加载曲轴轴向力和最大扭矩工况下，最大主应力小于材料的拉伸极限，最小主应力绝对值小于材料压缩极限。（由螺栓预紧力导致的接触面上的压力，以及平键过盈配合导致的拉伸力不予考虑）

加载皮带力工况的疲劳计算显示：最小疲劳安全系数为1.18，出现在键槽位置，满足大于1.1的标准。

加载扭矩及轴向力工况的疲劳计算显示：最小疲劳安全系数为1.24，出现在键槽位置，满足大于1.1的标准。

通过有限元计算，结果显示该减震皮带轮满足各项评价指标，因此能够满足设计使用要求。

[1] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社.1998,10.

[2] 韦莹. 9L210柴油机曲轴强度计算及疲劳分析[J]内燃机与配件, 2015(05).

Finite Element Analysis on Damping Pulley

Su Xiaofang1, Xu Tao1, Wang Hui2
(1.Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601; 2.Beijing Polytechnic College, Beijing 100042)

The article had a finite element analysis on damping pulley. Analysis work included static strength check and fatigue check. The results indicated that maximum principle stress was less than ultimate tensile strength and minimum principle stress was less than ultimate compressive strength, at the same time fatigue safety factor met evaluation standard at two work condition.

Damping Pulley; Finite Element; Static Strength; Fatigue

∶U464.171

∶A

∶1671-7988 (2016)09-80-03

苏晓芳（1985—），女，中级工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，从事汽油机设计。