在某柴油发动机真空泵与缸盖结合面密封性能提升的设计过程中，本文应用CAE设计方法对密封面的面压进行了仿真分析，对真空泵与凸轮轴轴承盖结合面位置在受到横向和纵向加速度以及轴向力载荷时的位移进行了仿真分析，为提升设计提供参考意见。

随着汽车技术的发展，真空泵作为一种动力源，在汽车上的应用越来越广泛，如控制空调的高怠速装置、机械式EGR阀、气动式的排气制动阀、气动式可变截面的增压器和电控空气悬架等都需要真空泵来驱动。真空泵已成为发动机上一个重要的组成部分，其性能、可靠性和密封性等在开发过程中也备受关注。本文主要阐述的是某柴油机真空泵与缸盖结合面（见图1）密封性能不足，出现渗油现象，经过分析拟定提升方案后，通过对提升方案运用CAE设计方法进行仿真分析，参考分析结果以确定方案实施的一个过程。方案实施后，通过试验验证，效果显著。

提升设计方案

1. 增加一个固定螺栓

经分析，真空泵进油口密封圈没有在固定螺栓连线内，可能引起面压不均，导致密封不严。故制定提升设计方案：在适当位置增加一个固定螺栓，以增加结合面面压，增强密封性能，如图2所示。

2.加厚凸轮轴轴承盖

经分析，凸轮轴轴承盖刚度大小会影响真空泵与缸盖接合面动态面压，导致密封不严。故制定方案加厚凸轮轴轴承盖，如图3所示。

CAE仿真分析

1.四个螺栓方案

（1）计算输入参数 材料属性如表1所示，照此输入参数。

（2）网格划分 分析模型包括缸盖的一部分、凸轮轴轴承盖、真空泵以及螺栓，有限元网格由Hypermesh划分，网格类型选择C3D10M，计算采用ABAQUS求解器。两种方案的有限元模型如图4所示。

（3）载荷与边界 载荷主要为螺栓的预紧力，凸轮轴轴承盖螺栓的打紧力矩分别为26～30N.m、12～23N.m，真空泵螺栓的打紧力矩为10～15N.m，计算均取最小值。

（4）计算分析

图5为3个螺栓方案和4个螺栓方案的凸轮轴轴承盖与缸盖之间的接触面压对比，可以看出，两种方案无明显差别，黑色区域为面压为零的区域。

图6为3个螺栓方案和4个螺栓方案的真空泵与凸轮轴轴承盖之间的接触面压对比，可以看出，两种方案无明显差别，黑色区域为面压为零的区域。

图7为3个螺栓方案和4个螺栓方案的真空泵与缸盖之间的接触面压对比，3个螺栓固定方案在真空泵与缸盖之间的接触面压有较大区域为零的情况，4个螺栓固定方案真空泵与缸盖之间的接触面压也存在较大区域为零的情况，但较3个螺栓方案有一定的改善。

（5）计算结论

从计算分析结果看，4个螺栓固定方案面压优于3个螺栓方案，有一定的改善，建议采用。

2.加厚凸轮轴轴承盖方案

（1）计算输入参数如表所示数据。

（2）网格划分 对于此项分析模型模拟缸盖和凸轮轴轴承盖，有限元网格由HyperMesh划分，网格类型选择C3D10M，螺栓连接用梁单元替代。计算采用ABAQUS求解器。有限元模型如图8所示。

（3）边界条件设置 针对此问题，载荷情况如下：

Y＋方向6g加速度；Y－方向6g加速度；Z＋方向6g加速度；Z－方向6g加速度；X方向上5000N的集中力。

由于本次分析为对比分析，因此载荷中关于加速度和集中力均为估计载荷，结果中数值只具备对比分析的意义，载荷及边界如图9所示。

（4）计算分析

在受到Y＋方向6g加速度载荷情况的结果如图10所示（其中右图为修改后的模型），从结果可以看出，做加厚修改后结合面在受到横向振动时位移有所减小。

在受到Y－方向6g加速度载荷情况的结果如图11所示（其中右图为修改后的模型），从结果可以看出，做加厚修改后结合面在受到横向振动时位移有所减小。

在受到Z＋方向6g加速度载荷情况的结果如图12所示（其中右图为修改后的模型），从结果可以看出，做加厚修改后结合面在受到横向振动时位移有所减小。

在受到Z－方向6g加速度载荷情况的结果如图13所示（其中右图为修改后的模型），从结果可以看出，做加厚修改后结合面在受到横向振动时位移有所减小。

在受到X方向上5000N的集中力载荷情况的结果如图14所示（其中右图为修改后的模型），从结果可以看出，做加厚修改后结合面在受到横向振动时位移有所减小。

（5）结论 从计算分析结果看，加厚凸轮轴轴承盖方案对防止结合面的变形有一定的好处，建议采用此方案。

试验验证

通过CAE计算分析，我们进一步确定了提升方案的可行性。将优化后的真空泵及凸轮轴轴承盖装配发动机，按照《GBT19055-2003-汽车发动机可靠性试验方法》要求进行800h交变负荷试验，试验后样件完好，结合面未出现渗油现象。

结语

通过对发生问题进行分析，并运用CAE计算手段对方案进行仿真分析，我们进一步确定了提升方案并实施验证，最终提升方案通过可靠性试验验证，成功解决了真空泵与缸盖结合面渗油问题。目前提升优化后的真空泵及凸轮轴轴承盖已装机，并大批投放市场，里程数超过5万km未发生结合面渗油现象。