哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司

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某发动机注油管支架断裂问题测试分析

张志斌，孙长友，武嘉文，高培龙

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨150060）

摘 要：本文以某发动机注油管支架断裂问题为切入点，采用振动传感器测试支架频响函数并结合CAE数值计算其模态，这是典型的结构共振断裂案例，通过扫频振动分析计算出故障位置，最后优化支架结果解决振动断裂问题。

关键词：注油管支架；NVH测试；NVH仿真

Test and analysis of fracture problem of an engine injection pipe support

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Harbin 150060 China）

Zhang zhibin、Sun changyou、Wu jiawen、Gao peilong

Abstract: In this paper, the fracture problem of an engine oil injection pipe support is taken as the starting point, vibration sensor is used to test the support frequency response function and its mode is calculated by CAE numerically, which is a typical case of structural resonance fracture. The fault location is calculated by scanning frequency vibration analysis, and finally the support results are optimized to solve the problem of vibration fracture.

Key words:Tubing support; NVH testing;NVH simulation

黑龙江省哈尔滨市开发区哈平路集中区征仪南路6号

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1 引言

技术中心某发动机在进行冷热冲击试验过程中出现注油管和注油管支架断裂情况，冷热冲击试验发动机在1500rpm~5600rpm之间进行升降速，因此初步判断是注油管以及支架在0~200Hz频率范围内出现了共振现象，导致注油管以及注油管支架出现断裂，因此对注油管支架进行频响测试和CAE模态计算、扫频振动分析、结构优化等。

2 注油管支架的频响测试

注油管支架在出现振动断裂后，在支架上布置振动传感器进行频响测试，振动传感器布置的测试位置如下图1所示，测试支架结构的固有频率。

图1  振动传感器布置的测试位置

3 注油管支架的频响测试结果

注油管支架频响测试结果如下图2所示，注油管支架在200Hz以内有156.2Hz和193Hz两个固有频率，分别在发动机转速4686rpm以及5790rpm时出现共振，发动机长时间运转将导致注油管支架共振断裂，此支架安装在排气岐管上，温度较高，受高温影响固有频率会降低，共振转速也会降低，更容易出现共振问题，建议对注油管支架进行结构优化以满足避频要求。

图2  注油管支架频响测试结果

4 原方案支架模态计算和扫频振动计算

4.1  原方案支架模态计算结果

为了后续对注油管支架进行结构优化，先对优化前支架结构进行模态计算，将计算结果与之前的测试结果进行对比，如果计算误差不在合理范围内则需要修正仿真计算模型和参数，此注油管支架使用的是常规金属材质，第一阶固有频率计算结果是156.9Hz,与实际测试结果156.2Hz的误差在合理范围内，注油管支架的第一阶模态计算结果如下图3所示。

图3  优化前支架的第一阶模态结果

4.2  原方案支架扫频振动计算结果

原始支架数模扫频计算结果的最大米塞斯应力为852Mpa，米塞斯应力小于屈服强度280Mpa判定为满足要求，因此原方案不满足设计要求。扫频振动计算是在常温工况下垂向（Z向）加载20g加速度，由于支架工作环境温度很高，建议优化后做试验验证，原方案支架扫频振动应力结果如下图4所示。

图4  原方案支架扫频振动应力结果

5  优化的支架模态计算结果

5.1  优化的支架模态计算结果

优化方案的第一阶固有频率为259Hz，第一阶固有频率和振动型态如下图5所示，振动型态为弯曲振动。为了避开共振，发动机附件支架第一阶固有频率应大于240Hz，所以优化后的支架固有频率满足设计要求。

图5  优化后支架的第一阶模态结果

5.2  优化的支架扫频振动计算结果

优化后支架数模的扫频计算结果的最大米塞斯应力为257Mpa，优化方案的注油管支架比原方案的注油管支架米塞斯应力减小70％，米塞斯应力小于屈服强度280Mpa判定为满足要求，因此优化后的注油管支架方案满足设计要求。理论计算结果表明满足要求，后续做样件进行试验验证。优化后的支架扫频振动应力结果如下图6所示

图6  优化的支架扫频振动应力结果

6结语

此次注油管支架断裂的故障攻关是由支架产品设计师牵头，技术中心试验部NVH组全力配合进行测试、计算、分析和验证。在常温下，原有断裂的支架设计方案第一阶固有频率不满足设计要求，振动力学强度也不满足要求，因此NVH组建议支架设计人员进行结构优化，并提出了优化方案的方向，优化的支架方案第一阶固有频率满足设计要求，振动力学强度也满足要求。理论计算满足频率和强度的要求下，NVH组进一步建议设计人员进行后续优化方案的验证，后续支架供应商按照优化后的支架方案制作注油管支架，而且经过耐久试验后支架没有再断裂，到此为止某发动机注油管支架断裂故障问题得到解决。

参考文献

[1]曾攀.有限元分析及其应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]庄茁.ABAQUS有限元软件6.4版入门指南 [M].北京：清华大学出版社，2004.

第一作者张志斌，男（1986-），中级工程师，学历研究生，研究方向汽车动力总成CAE仿真计算

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