YT1115型柴油机曲轴疲劳强度分析

万方数据
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曲轴最高应力点的主应力 工况 " ) !*! ( + ’& ( $
表’ 节点 $#$% $!!% 曲轴安全系数 % ! !($ "(" % !(" !($
考虑到扭转振动以及动载荷对曲轴的冲击作用将增大曲轴应力， 引入动力强化系数%) 和动荷系数 * 对% ! 进行修正如下： %-% ’ %)* ） !（ 取 * - ! ( #； 查表得%) - ! ( *+ * - ! ( ! 5 ! ( #， 由表 " 得曲轴在节点 $ #$% 和 $ !!% 点的安全系数各不相同， 为安全起见， 曲轴的安全系数应取两 故可以认为曲轴的强度能达到要求但偏低。 节点中的最小值， 即 % - ! ( " 。通常要求 % - ! ( " 5 ! ( +， %&( 曲轴圆角应力分析 曲轴的疲劳强度不仅与圆角处的最大应力值有关， 而且与该点的各个方向的应力变化梯度有关。 曲柄销圆角和主轴颈圆角是最大拉、 压应力所在处， 两圆角之间应力变化剧烈， 圆弧表面附近主应力的
法和有限元法结合的方法，文献 ［*］ 研究了曲轴各种结构参数变化引起的曲轴弯曲应力， 但这些研究工 作还存在一些不足之处， 如有的计算模型只考虑单一受载情况， 忽略了扭矩和惯性力的作用； 有的计算 把曲轴简化为二维模型等。而实际曲轴工作时处于复杂受力状态， 建模过程中简化不当会使计算结果 产生较大误差。本文首先对曲轴进行了符合实际情况的三维实体有限元建模， 模型确定后， 为了保证计
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注： 同一节点在两种工况下的主应力位于同一线上， 但方向相反。
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工况 ! 下曲轴应力分布
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工况 " 下曲轴应力分布
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安全系数 曲轴的安全系数即曲轴强度的储备系数， 弯曲安全系数可用下式计算： % !-
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式中
应力幅： （ 4" !/ !0/1 )!023） 平均应力： （ 4" !0 !0/1 .!023） — —弯曲时圆角处应力集中系数。因所取应力为结构分析结果的应力值， 结构分析时已经考虑 &!—
万方数据 法向应力梯度最大。故联接两圆角处的截面即是最危险断面。
第!期
杜发荣等： UR!!!< 型柴油机曲轴疲劳强度分析
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结论
（!） 曲 轴 整 体 结 构 三 维 有 限 元 计 算 是 曲 轴 强 度 分 析 的 最 合 理 的 模 型。与 传 统 的 简 化 方 法 相 比 ， 计算结果更接近于实际情况。本文的计算结果— — —联接两个应力集中区的 !"# 断面是该曲轴
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计算工况的确定
曲轴在工作过程中承受的载荷极其复杂， 这些载荷综合作用引起的曲轴应力， 在曲轴各个部位以及
同一部位在一个工作循环内的各个瞬时都是不同的， 而曲轴是以其应力全幅值作为强度计算的依据， 因 此， 确定曲轴计算危险工况是个很复杂的问题。为了确保所确定的计算工况为危险工况， 计算时选取的
［(］ 载荷均为动力学 求出的最大载荷。
计算工况： （!） 模型只受图 ! 中载荷 ! ) 的作用； （"） 模型只受图 ! 中载荷 $ *! 、 $ *" 、 $ *% 、 $ *& 的作用；
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计算结果
应力分析
利用 +,-./0 102 034567839: 功能对两种工况下的曲轴应力进行了计算， 计算结果如图 %、 图 & 和表 ! 所示。计算结果表明： 在连杆轴颈过渡圆角处 （图 ! 中 % 点， 也是图 " 中的节点 & %2&） 和主轴颈根部过 渡圆角处 （图 ! 中 ’ 点， 也是图 " 中节点 & !!&） ， 均出现应力集中现象。工况 ! 下最高应力点在图 " 中 的节点 & %2& 处， 其等效应力为 &2% ; <1=7； 工况 " 下最高应力点在图 " 中的节点 & !!& 处， 其等效应力为 "2% ; "1=7。联接两个应力集中区的 ’(% 断面是该曲轴的最危险断面。曲轴的疲劳破坏将会沿着该断 面发生。
第 && 卷 第 ! 期 &""! 年 *月
洛 阳 工 学 院 学 报 @;7A<98 ;B C7;D9<E /<F:5:7:G ;B -GHI<;8;ED
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了圆角处应力集中的影响， 故& ! - !(* — —强化系数， 曲轴采用了气体软淡化强化工艺， 故取" - ! ( # "— — — —绝对尺寸影响系数， 取# # ! ! - * ( $’ — — —材料对应力循环不对称的敏感系数 ! $ （" ’!* !) ! )!*） !$ 其中 !* 为脉动循环时材料的弯曲疲劳极限， （! ( % 5 ! ( $） !* !) ! 取!* - ! ( , ， ， 则 #**67/ ! 4 # !) ! !) ! ! $ 将以上各值代入安全系数计算公式， 得计算结果如表 " 所示。
［"， #， $］
的最危险断面与实际情况吻合， 说明本文采用的计算模型和计算方法是正确的。从计算结果看， 安全系 数偏小。 （"） 危险断面发生在曲轴圆角处， 因此提高安全系数简单有效方法是在一定范围内加大圆角半径， 可同时采用滚压工艺。 参考文献：
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