Eaton為世界各地的企業(yè)提供動力

  Eaton是一家動力管理公司，其2013年銷售額為220億美元。Eaton提供節(jié)能解決方案，幫助客戶以更高效率、安全性和可持續(xù)性有效地管理電力、液力和機械動力。Eaton擁有大約10.3萬名雇員，產(chǎn)品銷往超過175個國家的客戶。鑒于Eaton發(fā)揮的樞紐性作用，Eaton致力于以卓越為基礎(chǔ)，建立和維護強有力的客戶關(guān)系。從其制造的產(chǎn)品到其竭誠的客戶服務(wù)與支持，Eaton的汽車業(yè)務(wù)在全球汽車行業(yè)起著重要的作用。

  Eaton的創(chuàng)新戰(zhàn)略旨是在從設(shè)計和美觀選擇到性能和效率改進的需求，滿足不斷增多的客戶要求和監(jiān)管要求。增壓器技術(shù)是這一戰(zhàn)略的關(guān)鍵組成部分：在小型發(fā)動機上增壓器技術(shù)是在保持低燃油消耗的同時提升性能；在大型發(fā)動機上是在給定發(fā)動機體積的情況下提供更高的加速能力。Eaton的增壓器得到世界眾多領(lǐng)先汽車OEM廠商的使用，包括奧迪、福特、通用、梅賽德斯奔馳和大眾。

安靜可靠

  過去增壓器一直被認(rèn)為是噪聲源頭。噪聲的來源之一，是來自泵在增壓工作中嚙合和解嚙合產(chǎn)生的壓力脈動。另一個噪聲來源多發(fā)于無增壓工作時，即汽車停下，發(fā)動機怠速時。在這種情況下，發(fā)動機正常燃燒產(chǎn)生的振動會經(jīng)皮帶傳導(dǎo)，導(dǎo)致增壓器的齒輪振動。如果是在比賽中，這些各類噪聲頂多只能算是一種干擾，但如果對乘用車來說，就會被視為質(zhì)量低劣，甚至可能被認(rèn)為發(fā)動機存在嚴(yán)重問題。為解決這些問題，Eaton投入大量工程資源開發(fā)出世界上最安靜、最可靠的增壓器，在降低噪聲源和提高噪聲隔離方面實現(xiàn)眾多創(chuàng)新。

噪聲隔離

  Eaton用于將增壓器齒輪與發(fā)動機振動隔離的方法之一是使用噪聲隔離耦合，具體位置見上圖的Eaton TwinVortices系列TVS®增壓器。這個耦合中的關(guān)鍵組件是單簧隔離器 (SSI) 。它位于內(nèi)外轂之間，將彈簧封閉于內(nèi)部空腔中。每個轂都壓合在自己的接合軸上。輸入軸連接到前轂，后轂則壓合到驅(qū)動齒輪的軸上。由這些齒輪壓縮并驅(qū)動增壓空氣到發(fā)動機內(nèi)。

  該彈簧的機械特性是根據(jù)特定的發(fā)動機振動特性選擇的，目的是減輕或消除特定振動頻率，從發(fā)動機傳導(dǎo)到增壓器齒輪。內(nèi)外轂構(gòu)成一個自由空腔，即該彈簧不承受負(fù)載，實際是漂浮在內(nèi)外轂構(gòu)成的這個空腔內(nèi)。該彈簧可雙向移動。它既可以壓緊到內(nèi)轂上“纏緊”，也可以“纏松”。此時它變大并最終接觸外轂,受其約束。整個移動受制于內(nèi)外轂之間的徑向間隙。如果間隙過大，該彈簧可能會過度纏緊或纏松，導(dǎo)致高應(yīng)力和疲勞壽命降低。因此要優(yōu)化噪聲隔離性能和彈簧的疲勞壽命，具體的設(shè)計和相關(guān)容限是設(shè)計的關(guān)鍵。

應(yīng)變響應(yīng)和工作周期

  為評估彈簧在“纏緊”和“纏松”條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，通過采集彈簧上超過17萬個點的三維應(yīng)變條件，開發(fā)出一個FE模型。該FE模型用于捕獲幾何非線性，如帶摩擦的滑觸。而材料非線性則由fe-safe處理。通過該FE模型， Eaton開發(fā)出一個把應(yīng)變作為軸扭矩的函數(shù)處理的響應(yīng)模型。接下來需要為該彈簧開發(fā)整個綜合集合的不同發(fā)動機負(fù)載（扭矩）加載方案（有時也稱為工作周期），為彈簧，考慮大約十幾個不同的發(fā)動機負(fù)荷情況下，例如靜態(tài)發(fā)車產(chǎn)生的強加速、換擋、牽引拖車上緩坡、減速等場景下負(fù)載等等。

  就大多數(shù)負(fù)載周期而言，即時測量的扭矩特征包含超過30萬個點。為縮短分析時間，fe-safe提供了一個信號處理算法（峰谷門限）。這種算法用于抽取一套負(fù)載點集，只需原始負(fù)載點數(shù)量的一部分，就能提供近乎等效的疲勞損傷結(jié)果（例如90%的疲勞損傷情況一般只需考慮不足10%的負(fù)載點即可捕獲）。

疲勞和材料建模

  下一步是判斷什么疲勞模型適用于這種情況以及正在考慮的材料。彈簧是主要考慮的焦點，因為它是用普通的高強度鋼材制成，證明與疲勞有關(guān)的材料性質(zhì)參數(shù)是容易獲得的。

  把fe-safe結(jié)果 與測試關(guān)聯(lián)的過程中，濫 用測試期間Eaton在彈簧上捕獲了一些裂紋。這也有助于確定什么算法適用：主應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合Morrow的平均應(yīng)力修正。

  在fe-safe中選擇局部應(yīng)變幅度和耐久度的CoffinManson-Basquin關(guān)系以及一定數(shù)量的不同相關(guān)設(shè)置，例如局部塑性使用的Neuber校正、關(guān)鍵平面分析使用的平均應(yīng)力校正、噴丸表面光潔處理等。疲勞壽命分析還需要考慮多軸向應(yīng)力分量（例如彎折加扭轉(zhuǎn)）。

  Eaton通過把傳統(tǒng)的FE應(yīng)力分析工具與fe-safe中提供的現(xiàn)代化疲勞分析方法相結(jié)合，Eaton得到了一系列重要的設(shè)計和可靠性深度認(rèn)識。這些深入認(rèn)識部分包括：

  ? FE模型中應(yīng)力最大的點往往不是最低疲勞壽命的位置（裂紋萌生點）。

  ? FE和fe-safe結(jié)合分析迅速地揭示了摩擦的變化如何造成負(fù)載和疲勞壽命的顯著且非直觀的變化。

  ? 通過借助fe-safe實現(xiàn)高穩(wěn)健設(shè)計流程的開發(fā)，現(xiàn)在可以迅速評估“等同制造”的設(shè)計的幾何構(gòu)造變化（在公差內(nèi)），判斷公差對疲勞壽命的影響。

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