关键词：汽车；发动机；飞轮齿圈；总成；失效；研究
1 研究背景分析
随着国民经济水平的不断提升，我国的私有汽车的总有量逐渐提升，对于汽车的需求还在持续不断的攀升过程当中。从相关数据来看，我国的人均汽车拥有量与西方发达国家相比还存在比较大的差距，所以我国的汽车市场存在一定空间的刚性需求。未来我国的汽车市场将迎来更加光明的前景。人们对于汽车的性能以及安全性也会提出更严格的要求。与此同时，笔者认为与汽车相关的汽车售后服务，汽车零部件研究等相关行业也会迅速的蓬勃发展起来。尤其是在当前，国内的自主品牌汽车的竞争力不断的上升，从汽车制造大国开始逐渐转型成为汽车创造大国，致力于打造民族汽车品牌，对于我国汽车产业的发展形成巨大的推动力。
汽车零部件的研究和开发也成为新的行业热点和研究的焦点，目前国内的汽车零部件生产与开发企业超过了十万家。随着综合国力的不断上升，其发展规模也逐渐扩大。我国的汽车零部件生产受到经济压力以及整车企业的影响比较小。主要原因在于汽车零部件制造企业不断扩大经营的范围与规模，也实现了新的转型，所以汽车的零部件制造的利润空间也在不断上升的过程当中，越来越多的零部件生产企业开始研究技术方面的创新。发动机本身作为汽车的动力装置，起到不可替代的作用。同时也是汽车零部件当中技术创新难度比较高的一个装置，将对于汽车的性能产生重要影响。对于发动机技术的改良和创新是一个企业核心竞争能力的体现。汽车在正常行驶的过程当中，当遇到一些特殊的情况，比如瞬间加速或者曲轴的脱落等等，这个时候发动机将可能面临短时的超速情况，继而造成飞轮出现超速问题。假设飞轮的质量存在设计不合理的情况，那么就会出现总成失效，导致发动机的正常工作受到影响，严重可能导致一些人员伤亡和财产损失。
2 汽车发动机飞轮总成失效分析
3 飞轮齿圈过盈配合失效有限元分析
3.1 过盈量对飞轮齿圈过盈配合的影响分析
上文提到过，过盈量的大小会对飞轮的齿圈接触面压力造成影响，所以可以根据静态接触压强的相关知识进行分析。与此同时，还要根据飞轮配合段和齿圈内径向应力等得出配合面的过盈量与应力之间的关系。接触面上的静态接触压强与飞轮齿圈等效应力都会伴随着过盈量的增加而不断增大。齿圈的等效应力也会一直大于飞轮。飞轮和齿圈接触面径向应力相等，都是接触压强的负值，齿圈接触面的切向应力恒为正，飞轮接触面的切向应力恒为负。
根据图表得知，过盈量在不断增强的同时，飞轮齿圈最大等效应力以及最大等效变形等都发生了一些明显的变化。过盈量在不断增强的过程当中，接触压强也会增强。接触压强的最大值会在接触段的固定端，而且会随之轴向逐渐减小。从动态分析的角度出发，接触面的压强在逐渐减小的过程当中，减小的范围会小于动态接触的压强范围。其过盈量越高，基本上两者之间的差距就会越大。也就说是过盈量除了影响接触压强之外，还会影响到接触面的接触状态。飞轮总成最大的等效应力主要集中在齿圈的接触面的位置。过盈量不断升高的过程当中，齿圈应力上升的趋势也比较大。这个时候过盈量本身对于飞轮接触段的应力影响是比较小的。飞轮的最大等效应力是在接触面的外部，从静态的角度进行分析，变化规律是呈现直线增加的趋势。从动态的角度分析，是先降低再增加。过盈量会改变飞轮工作的应力，同时改变应力的分布情况。
3.2 飞轮总成爆裂失效有限元分析
从飞轮的储能角度来看，通常情况下，一般飞轮的边缘越厚，其储能的能力也会比较大。但是飞轮边缘的质量在增加的同时，会增强其离心力，最终导致飞轮的爆裂失效情况发生。所以要从有限元的角度分析，增厚飞轮边缘导致总成应力变化的相关规律。
如图2 所示，飞轮边缘的宽度对于总成在静态和动态情况下，最大等效应力的影响是比较小的。飞轮静态的最大等效应力会随着宽度的不断增强而不断的减小，动态的应力会保持在一个比较恒定的状态下。飞轮的宽度越大，那么在飞轮接触段的轴向稳定性就会更强，这个时候飞轮的应力集中就会减小在飞轮的边缘宽度逐渐增加的时候，静态接触压强会先减小然后增强。在动态的状况下，接触压强的范围变化是比较小的。飞轮轴向加到一定程度的时候，其接触面的压力比较平均，最小接触压强也会不断增大。综上所述，汽车发动机飞轮齿圈总成失效的原因和变化的情况是比较复杂的，建立有限元分析，能够更好地把握对于飞轮的制造和特性研究。
4 结语
飞轮本身作为汽车发动机内部重要的零部件，对于发动机的性能将产生直接影响。本文的研究对象其市场占有率是比较高的，所以研究价值也比较高。笔者认为，汽车发动机飞轮的齿圈总成失效分析还可以从以下几个方面着手。比如建立一些其他的模型来进行过盈配合的计算，得出过盈配合的应力。或者从结构优化的角度来分析飞轮齿圈设计的最佳参数，不断完善飞轮产品的制造与改良。
作者：田宏艳（重庆光昊机械有限公司）
