内燃机微动疲劳的缓解方法

通过9.2节的讨论可以发现，影响机体与主轴承盖螺栓紧固面微动疲劳的主要因素有两个：由主轴承载荷引起的附加翻转力矩和螺栓预紧力。我们可以通过控制这两个参数来提高内燃机机体的微动疲劳寿命。

螺栓预紧力对V型内燃机机体隔板与主轴承盖紧固面微动疲劳的影响趋势已经在9.2节进行了充分的讨论，图7.16直观地反映了螺栓预紧力与微动疲劳寿命间的关系。本书建议，在条件允许的情况下，应尽量增加螺栓预紧力。该措施能够有效地减小紧固面间的磨损和滑移，增加机体隔板的微动疲劳寿命。

引起紧固面微动疲劳的另一个主要原因为由主轴承载荷引起的作用于主轴承盖的附加翻转力矩。这一因素导致接触面接触状态和应力-应变场分布的周期性变化，增加了接触区应力场的变化程度，加剧了接触区的磨损。通过对本章所研究的V型内燃机的结构分析可以发现，该型内燃机采用悬挂式主轴承盖，这一结构在水平方向上刚度较低，当承受主轴承载荷作用时容易发生左右摆动。为提高结构刚度，缓解附加翻转力矩带来的不良影响，本书建议对机体进行结构改进，采用长裙部带横向紧固螺栓的机体结构，如图9.3所示。这样通过增加对主轴承盖的约束，可以有效地增加机体结构在水平方向的刚度，达到抑制主轴承盖摆动的作用。

图9.3　长裙部带横向紧固螺栓的内燃机结构示意图

针对这一结构改进，针对结构试件进行了对比有限元仿真分析，因横向螺栓支撑位置的刚度难以确定，为简化计算，约束结构模型主轴承盖局部位置节点在x方向的位移，以模拟机体隔板和横向螺栓对主轴承盖的紧固作用，如图9.4所示。该计算模型与内燃机的实际边界条件存在一定差异，但从定性的角度可以反映改进结构对微动疲劳性能的影响。

图9.4　长裙部带横向紧固螺栓机体结构接触有限元分析模型

分别将该计算模型接触面上应力分布结果与改进前的应力分布结果进行了对比，如图9.5和图9.6所示。考虑到接触区摩擦功对紧固面磨损程度和微动疲劳损伤的重要影响，对接触面上的摩擦功也进行了对比，如图9.7所示。摩擦功的计算公式为

W=μσnδ　（9.2）

式中，μ为摩擦系数；σn为接触压力；δ为相对滑移量。(www.xing528.com)

图9.5　不同结构接触区切向正应力分布对比

（a）左侧接触面；（b）右侧接触面

图9.6　不同结构接触区接触压力分布对比

（a）左侧接触面；（b）右侧接触面

图9.7　不同结构接触区摩擦功分布对比

（a）左侧接触面；（b）右侧接触面

从对比图中可以发现，采用长裙部带横向螺栓的设计时，各应力分量（绝对值）和摩擦功明显小于悬挂式结构，表明采用该结构可以有效降低紧固面的微动疲劳损伤。