Eaton為世界各地的企業(yè)提供動(dòng)力

  Eaton是一家動(dòng)力管理公司，其2013年銷(xiāo)售額為220億美元。Eaton提供節能解決方案，幫助客戶(hù)以更高效率、安全性和可持續性有效地管理電力、液力和機械動(dòng)力。Eaton擁有大約10.3萬(wàn)名雇員，產(chǎn)品銷(xiāo)往超過(guò)175個(gè)國家的客戶(hù)。鑒于Eaton發(fā)揮的樞紐性作用，Eaton致力于以卓越為基礎，建立和維護強有力的客戶(hù)關(guān)系。從其制造的產(chǎn)品到其竭誠的客戶(hù)服務(wù)與支持，Eaton的汽車(chē)業(yè)務(wù)在全球汽車(chē)行業(yè)起著(zhù)重要的作用。

  Eaton的創(chuàng )新戰略旨是在從設計和美觀(guān)選擇到性能和效率改進(jìn)的需求，滿(mǎn)足不斷增多的客戶(hù)要求和監管要求。增壓器技術(shù)是這一戰略的關(guān)鍵組成部分：在小型發(fā)動(dòng)機上增壓器技術(shù)是在保持低燃油消耗的同時(shí)提升性能；在大型發(fā)動(dòng)機上是在給定發(fā)動(dòng)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(chē)OEM廠(chǎng)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(guò)去增壓器一直被認為是噪聲源頭。噪聲的來(lái)源之一，是來(lái)自泵在增壓工作中嚙合和解嚙合產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)。另一個(gè)噪聲來(lái)源多發(fā)于無(wú)增壓工作時(shí)，即汽車(chē)停下，發(fā)動(dòng)機怠速時(shí)。在這種情況下，發(fā)動(dòng)機正常燃燒產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì )經(jīng)皮帶傳導，導致增壓器的齒輪振動(dòng)。如果是在比賽中，這些各類(lèi)噪聲頂多只能算是一種干擾，但如果對乘用車(chē)來(lái)說(shuō)，就會(huì )被視為質(zhì)量低劣，甚至可能被認為發(fā)動(dòng)機存在嚴重問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，Eaton投入大量工程資源開(kāi)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(shí)現眾多創(chuàng )新。

噪聲隔離

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

  該彈簧的機械特性是根據特定的發(fā)動(dòng)機振動(dòng)特性選擇的，目的是減輕或消除特定振動(dòng)頻率，從發(fā)動(dòng)機傳導到增壓器齒輪。內外轂構成一個(gè)自由空腔，即該彈簧不承受負載，實(shí)際是漂浮在內外轂構成的這個(gè)空腔內。該彈簧可雙向移動(dòng)。它既可以壓緊到內轂上“纏緊”，也可以“纏松”。此時(shí)它變大并最終接觸外轂,受其約束。整個(gè)移動(dòng)受制于內外轂之間的徑向間隙。如果間隙過(guò)大，該彈簧可能會(huì )過(guò)度纏緊或纏松，導致高應力和疲勞壽命降低。因此要優(yōu)化噪聲隔離性能和彈簧的疲勞壽命，具體的設計和相關(guān)容限是設計的關(guān)鍵。

應變響應和工作周期

  為評估彈簧在“纏緊”和“纏松”條件下的結構響應，通過(guò)采集彈簧上超過(guò)17萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的三維應變條件，開(kāi)發(fā)出一個(gè)FE模型。該FE模型用于捕獲幾何非線(xiàn)性，如帶摩擦的滑觸。而材料非線(xiàn)性則由fe-safe處理。通過(guò)該FE模型， Eaton開(kāi)發(fā)出一個(gè)把應變作為軸扭矩的函數處理的響應模型。接下來(lái)需要為該彈簧開(kāi)發(fā)整個(gè)綜合集合的不同發(fā)動(dòng)機負載（扭矩）加載方案（有時(shí)也稱(chēng)為工作周期），為彈簧，考慮大約十幾個(gè)不同的發(fā)動(dòng)機負荷情況下，例如靜態(tài)發(fā)車(chē)產(chǎn)生的強加速、換擋、牽引拖車(chē)上緩坡、減速等場(chǎng)景下負載等等。

  就大多數負載周期而言，即時(shí)測量的扭矩特征包含超過(guò)30萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。為縮短分析時(shí)間，fe-safe提供了一個(gè)信號處理算法（峰谷門(mén)限）。這種算法用于抽取一套負載點(diǎn)集，只需原始負載點(diǎn)數量的一部分，就能提供近乎等效的疲勞損傷結果（例如90%的疲勞損傷情況一般只需考慮不足10%的負載點(diǎn)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(diǎn)，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)參數是容易獲得的。

  把fe-safe結果 與測試關(guān)聯(lián)的過(guò)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：主應變標準結合Morrow的平均應力修正。

  在fe-safe中選擇局部應變幅度和耐久度的CoffinManson-Basquin關(guān)系以及一定數量的不同相關(guān)設置，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力分量（例如彎折加扭轉）。

  Eaton通過(guò)把傳統的FE應力分析工具與fe-safe中提供的現代化疲勞分析方法相結合，Eaton得到了一系列重要的設計和可靠性深度認識。這些深入認識部分包括：

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

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

  ? 通過(guò)借助fe-safe實(shí)現高穩健設計流程的開(kāi)發(fā)，現在可以迅速評估“等同制造”的設計的幾何構造變化（在公差內），判斷公差對疲勞壽命的影響。

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