Eaton为世界各地的企业提供动力

  Eaton是一家动力管理公司，其2013年销售额为220亿美元。Eaton提供节能解决方案，帮助客户以更高效率、安全性和可持续性有效地管理电力、液力和机械动力。Eaton拥有大约10.3万名雇员，产品销往超过175个国家的客户。鉴于Eaton发挥的枢纽性作用，Eaton致力于以卓越为基础，建立和维护强有力的客户关系。从其制造的产品到其竭诚的客户服务与支持，Eaton的汽车业务在全球汽车行业起着重要的作用。

  Eaton的创新战略旨是在从设计和美观选择到性能和效率改进的需求，满足不断增多的客户要求和监管要求。增压器技术是这一战略的关键组成部分：在小型发动机上增压器技术是在保持低燃油消耗的同时提升性能；在大型发动机上是在给定发动机体积的情况下提供更高的加速能力。Eaton的增压器得到世界众多领先汽车OEM厂商的使用，包括奥迪、福特、通用、梅赛德斯奔驰和大众。

安静可靠

  过去增压器一直被认为是噪声源头。噪声的来源之一，是来自泵在增压工作中啮合和解啮合产生的压力脉动。另一个噪声来源多发于无增压工作时，即汽车停下，发动机怠速时。在这种情况下，发动机正常燃烧产生的振动会经皮带传导，导致增压器的齿轮振动。如果是在比赛中，这些各类噪声顶多只能算是一种干扰，但如果对乘用车来说，就会被视为质量低劣，甚至可能被认为发动机存在严重问题。为解决这些问题，Eaton投入大量工程资源开发出世界上最安静、最可靠的增压器，在降低噪声源和提高噪声隔离方面实现众多创新。

噪声隔离

  Eaton用于将增压器齿轮与发动机振动隔离的方法之一是使用噪声隔离耦合，具体位置见上图的Eaton TwinVortices系列TVS®增压器。这个耦合中的关键组件是单簧隔离器 (SSI) 。它位于内外毂之间，将弹簧封闭于内部空腔中。每个毂都压合在自己的接合轴上。输入轴连接到前毂，后毂则压合到驱动齿轮的轴上。由这些齿轮压缩并驱动增压空气到发动机内。

  该弹簧的机械特性是根据特定的发动机振动特性选择的，目的是减轻或消除特定振动频率，从发动机传导到增压器齿轮。内外毂构成一个自由空腔，即该弹簧不承受负载，实际是漂浮在内外毂构成的这个空腔内。该弹簧可双向移动。它既可以压紧到内毂上“缠紧”，也可以“缠松”。此时它变大并最终接触外毂,受其约束。整个移动受制于内外毂之间的径向间隙。如果间隙过大，该弹簧可能会过度缠紧或缠松，导致高应力和疲劳寿命降低。因此要优化噪声隔离性能和弹簧的疲劳寿命，具体的设计和相关容限是设计的关键。

应变响应和工作周期

  为评估弹簧在“缠紧”和“缠松”条件下的结构响应，通过采集弹簧上超过17万个点的三维应变条件，开发出一个FE模型。该FE模型用于捕获几何非线性，如带摩擦的滑触。而材料非线性则由fe-safe处理。通过该FE模型， Eaton开发出一个把应变作为轴扭矩的函数处理的响应模型。接下来需要为该弹簧开发整个综合集合的不同发动机负载（扭矩）加载方案（有时也称为工作周期），为弹簧，考虑大约十几个不同的发动机负荷情况下，例如静态发车产生的强加速、换挡、牵引拖车上缓坡、减速等场景下负载等等。

  就大多数负载周期而言，即时测量的扭矩特征包含超过30万个点。为缩短分析时间，fe-safe提供了一个信号处理算法（峰谷门限）。这种算法用于抽取一套负载点集，只需原始负载点数量的一部分，就能提供近乎等效的疲劳损伤结果（例如90%的疲劳损伤情况一般只需考虑不足10%的负载点即可捕获）。

疲劳和材料建模

  下一步是判断什么疲劳模型适用于这种情况以及正在考虑的材料。弹簧是主要考虑的焦点，因为它是用普通的高强度钢材制成，证明与疲劳有关的材料性质参数是容易获得的。

  把fe-safe结果 与测试关联的过程中，滥 用测试期间Eaton在弹簧上捕获了一些裂纹。这也有助于确定什么算法适用：主应变标准结合Morrow的平均应力修正。

  在fe-safe中选择局部应变幅度和耐久度的CoffinManson-Basquin关系以及一定数量的不同相关设置，例如局部塑性使用的Neuber校正、关键平面分析使用的平均应力校正、喷丸表面光洁处理等。疲劳寿命分析还需要考虑多轴向应力分量（例如弯折加扭转）。

  Eaton通过把传统的FE应力分析工具与fe-safe中提供的现代化疲劳分析方法相结合，Eaton得到了一系列重要的设计和可靠性深度认识。这些深入认识部分包括：

  • FE模型中应力最大的点往往不是最低疲劳寿命的位置（裂纹萌生点）。

  • FE和fe-safe结合分析迅速地揭示了摩擦的变化如何造成负载和疲劳寿命的显著且非直观的变化。

  • 通过借助fe-safe实现高稳健设计流程的开发，现在可以迅速评估“等同制造”的设计的几何构造变化（在公差内），判断公差对疲劳寿命的影响。

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