基于VDI标准柴油机连接箱螺栓强度分析.pdf
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1、362023年第16 期基于VDI标准柴油机连接箱螺栓强度分析南松(广州铁路职业技术学院,广东广州51148 3)摘要:对于分体式设计的柴油发电机组,柴油机与主发电机之间过渡连接的部分的通常采用连接箱进行结合,这就要求连接箱的螺栓具有良好的安全性能,文中以连接箱与柴油机连接螺栓作为研究对象,建立螺栓连接有限元连接模型,采用非线性静强度有限元计算,得到连接箱与机体连接螺栓的受载情况,然后运用VDI2230标准对连接螺栓进行多维度的安全校核,结果得到连接螺栓的屈服安全系数、疲劳安全系数、表面压应力安全系数、抗滑移安全系数均符合设计要求,具有良好的安全性能,对实际生产具有指导意义。关键词:连接箱;螺
2、栓强度校核;VDI2230;有限元分析中图分类号:TK422Based on VDI Tandard Diesel Connection Box Bolt Strength Analysis(Guangzhou Railway Polytechnic,Guangdong Guangzhou 510430,China)Abstract:For the diesel generator set of split design,the transitional connection between the diesel engine and themain generator is usually
3、combined with the connection box,which requires the bolts of the connection box to have goodsafety performance,the connection box and the diesel engine connection bolt as the research object,the bolt connection fi-nite element connection model,the nonlinear static strength finite element calculation
4、 is used to obtain the load of the con-necting bolt between the connecting box and the body,and then the VDI2230 standard is used to carry out a multi-dimen-sional safety check of the connecting bolt.The results show that the yield safety factor,fatigue safety factor,surfacecompressive stress safety
5、 factor and anti-slip safety factor of the connecting bolts meet the design requirements,have goodsafety performance,and have guiding significance for actual production.Key words:Connection box;Bolt strength check;VDI2230;Finite element analysis0引言柴油发电机组是一种将柴油机与发电机相连接,通过柴油机做功带动发电机产生电力的装置。设计人员在对柴油发电机
6、组进行设计时,对于柴油机与发电机之间过渡连接的部分的结合,通常会采取两种方案,一是在设计柴油机机体时,考虑到发电机侧的连接面,直接在柴油机机体上设计连接法兰用于结合,这种设计省去了连接箱这一结构,使得柴油发电机组结构更加紧凑,可是对于大型柴油发电机组由于柴油机机体自身质量较大,整合之后使得柴油发电机组整体质量变得更大,这无疑对柴油机机体的铸造和加工增添了很大的压力。二是在柴油机与发电机之间设计一个连接部件即连接箱,此种设计使得柴油发电机组结构更加灵活,同时也可以将柴油机机体部分配件转移设计在连接箱上,这样使得柴油机机体铸造和加工更为方便2.3,4。因此当采用第二种设计方案时,为了确保连接箱安装
7、的可靠性,有必要对连接箱法兰面的安装螺栓进行分析校核。VDI2230规范是德国工程师协会发布的关于高强度螺栓联接计算规范,主要应用于对高强度螺栓联接系统中螺栓的设计和校核,确保螺栓联接的安全。此方法用于工程实践已超过30 年,并且在欧洲,北美等发达国家得到了广泛认可及应用5。本文以某型调车机车的柴油机连接作者简介:南松(1994一),男,广州铁路职业技术学院助理讲师,硕士研究生,研究方向为机车柴油机、车辆结构分析与现代设计方法、车辆CAD/CAE关键技术。文献标识码:A文章编号:16 7 4-9 57 X(2023)16-0036-03Nan Song箱作为研究对象,利用有限元方法对连接箱的安
8、装螺栓受力情况进行分析,最后按照VDI2230一2 0 0 3标准进行多项指标的安全校核,校核分析流程如图1所示。连接箱有限元模型建立螺栓联接工况求解计算提取螺栓应力基于VDI2230规范校核文是否满足要求工是螺栓设计合理图1连接箱安装螺栓校核流程1连接箱安装螺栓有限元分析1.1建立连接箱几何模型连接箱作为连接主发电机与柴油机之间的连接件,其圆形法兰面与主发电机连接,矩形法兰面与柴油机连接,连接箱三维模型如图2 所示。螺栓选型螺栓与被联接件基本参数中间参数计算立内燃机与配件8.8级,螺栓的主要尺寸参数见表3。表3螺栓参数参数螺纹公称直径d(mm)螺纹中经d2(mm)螺纹小径ds(mm)螺纹螺距
9、P(mm)螺栓长度I(mm)螺母承载面外径dw(m m)螺栓光杆长度lo(m m)图2 连接箱几何模型未旋入螺纹长度lGe(m m)1.2有限元模型计算螺纹公称横截面积A(m m)利用有限元前处理软件对连接箱进行网格划分,连接螺纹小径横截面积A3(m m)箱属于箱盖类零件,结构外形相对不规则,综合考虑后选螺栓应力横截面积As(m m)用3D实体单元进行离散划分网格,螺栓采用梁单元进行2.2确定载荷系数模拟6.7 ,如图3所示。由于螺栓数量较多,为了更加方便考虑到柴油机工作状态下以及机车运行过程中的振表述,以图3中标号为1的螺栓开始按顺时针方向依次对动影响,为防止螺栓松动,采用了相应规格的弹簧垫
10、圈进螺栓进行标号。选取吊装工况进行计算,连接箱加载情况行防松,螺栓装配示意图如图4所示。分别计算螺纹旋人见表1。机体段,螺纹未负载段,光杆段以及螺母段后,可得双头螺柱的总柔度为:8=0sk+01+8Ge+0cM=6.908X10-mm/N螺柱螺母垫图37数值2725.0523.753105381521.8572.27442.88467.59连接箱法兰机体图3螺栓模拟连接有限元模型表1工况载荷加载位置载荷大小板冷及滤器重心7983N主发电机重心55860N启动马达重心1201 N连接箱箱体垂向1.5g基于非线性静强度有限元计算,得到连接箱与机体法兰连接的17 个M27螺栓吊装工况下的轴向力、横向
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