曲轴的ansys分析

基于ANSYS的柴油机曲轴有限元分析作者：陈涛来源：《科技资讯》2011年第28期摘要:本课题针对某四缸直列柴油机进行有限元静强度分析。

曲轴采用三维建模软件PRO/E对柴油机曲轴进行了符合实际情况的三维建模。

曲轴模型通过数据接口导入ANSYS,在ANSYS中对曲轴模型进行有限元网格划分。

对曲轴进行静强度分析,研究了单个曲拐的变形和应力状态,检验了曲轴在实际工况下的强度及安全系数。

为柴油机改进设计提供了有价值的理论依据。

关键词:曲轴有限元分析 ANSYS 静强度分析中图分类号:TK423.3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0109-01曲轴是发动机中最重要的运动部件之一。

曲轴在工作中承受着汽缸内周期性变化的气体压力、往复运动质量及旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷,并对外输出扭矩,因此承受交变的拉伸、压缩、弯曲和扭转的复合应力。

随着柴油机的不断强化,曲轴的工作条件愈加苛刻,保证曲轴的工作可靠性至关重要,其设计是否可靠,对柴油机的使用寿命有很大影响,因此在研制过程中需给予高度重视。

由于曲轴的形状及其载荷比较复杂,对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。

目前先进的方法是利用有限元进行分析预测,评价这些零部件的强度和刚度。

有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法,是分析各种结构问题的强有力的工具,使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。

1 曲轴实体模型建立及导入1.1 基于PRO/E的曲轴三维实体建模本文的曲轴模型是在PRO/E中建立的,曲轴的主体模型是根据曲轴的结构特点,可先建立一个单拐模型,再通过旋转、平移、合并而成;最后将主体模型与前、后端模型合并成曲轴的整体模型。

在对曲轴进行简化时,参考一些机械结构的计算经验,认为小圆角和细油孔对曲轴整体结构动特性影响很小,在建模时忽略圆角及直径较小的油道,协调好计算精度与计算工作量之间的矛盾。

Ｕ ｅ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｐ ｐ Ａ。 Ａ ｃＡＰＰ
ｌ Ｃ 仰／ ｃ Ａ Ｍ ／ ｃ Ａ Ｐ Ｐ 应 用
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 机床部件 优化设计
青海 华 鼎 重 型 机床 有 限 责 任 公 司 研 究 所 （ 西宁 ８ １ ０ １ ０ ０ ） 夏 健 康 胡 晓梅
７ ８ ；
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参 禹 冷 肛
“ Ｊ¨ Ｉ 。 ０ Ｉ Ｉ … “ ．一 ’ ０ Ｉ Ｉ Ｉ ¨ ‘ ’ Ｉ Ｉ … ＿ ’ ・ ｜ ＿ Ｉ Ｉ ｌ ＿ ｌ ¨ ｌ 。 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ 一 。 ‘ Ｉ ｂ Ｉ ・ ＿ ｌ ¨ ｝ ・ … Ｉ ｌ ‘ ’ Ｉ Ｉ ＿ ｌ ¨ ＿ －… ｌ Ｉ “Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ … … ・ ＿ ｌ ¨．
由于过 于保 守 ，致使 产 品设 计 制造 成 本 过 高 ，性 能
难 以达到 最 佳 。因 此 ，为 了进 一 步 提 高 我 国数 控 机
果 的取得 就 是 通 过 改 变 设 计 变 量 的 数 值 来 实 现 的 ，
对 于每一 个 设 计 变 量 都 有 上 下 限 ，用 户 必 须 规 定 中的每 个 元 素 （ ＝１ ，２，… ，ｎ ） 的最 大 值 、最 小
Ｉ
？ ｇ （ ）＝ｇ （ ， ２ ， …， ， ） ， （ ｉ ＝ｌ ， ２ ， …， ）
【 Ｘ＝（ ｌ ， ２ ， …， ）
式中， Ｆ （ Ｘ）为设 计变 量 的 目标 函数 ； 为设计 变 量 ，
图 １
３ ．实例分析 （ 床身优化分析 ）
做优 化设 计 时 ，首 先 要 选 定 目标 函数 。 针 对 机
合 ，特别 是 在 曲轴 的设 计 阶段 ，可 以 避 免 了 试 验 研 究需 要花 费 的大 量 时 间 和 物 资 消耗 ，提 高 了 曲 轴设 计 准确性 ，为强化 曲轴疲 劳 寿命提 供 了可靠 的依 据 。

直列四缸发动机曲轴a n s y s分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March有限元分析课程报告直列四缸发动机曲轴有限元分析姓名：学号：分数：年月日目录1.引言 .......................................................................................................错误!未定义书签。

2.曲轴有限元模型的建立........................................................................错误!未定义书签。

3.曲轴网格划分 .......................................................................................错误!未定义书签。

确定物理场和网格划分法.............................................................错误!未定义书签。

确定全局网格参数设置.................................................................错误!未定义书签。

确定局部网格参数设置.................................................................错误!未定义书签。

网格质量检查 ................................................................................错误!未定义书签。

调整网格划分 ................................................................................错误!未定义书签。

曲轴建模参数如下：
曲轴受热胀 冷缩 的影 响， 所 以 对 曲 轴 大 端 进 行 Ｘ㊁ Ｙ 方 向 的 约束㊂
（ １） 主轴径直径 Ｄ ｊ ＝ １００ ｍｍ； （ ２） 连杆轴颈直径 ｒ ＝ ８２ ｍｍ； （ ３） 活塞直径 Ｄ ｐ ＝ １２６ ｍｍ； （ ４） 爆发压 ｐ ｍａｘ ＝ １３������ ５ ＭＰａ； （ ５） 连杆质量 ｍ ｒ ＝ ３������ ６３９ ｋｇ； （ ７） 连杆中心距 Ｌ ＝ １５３ ｍｍ；
２６．５３９
２
２８．７４５
３
７．７９９ ７
１５２．００
４
表 ２㊀ 固有频率计算结果
１７４．５８ ５ ３０８．９４ ６
９．１３５ ０ ７．７６０ ５
９．３８９ ０ ８．３９９ ９
４０４．４５
７
４４２．９９
８
９．５９２ ９
５７８．５３
９
７４０．０７ １３．４２６
１０
７．７６８ ７
８４１．６３
１１
９２２．８８ １０．５７９
钢， 参数如表 １ 所 示㊂ 采 用 Ｓｏｌｉｄ１８６ 单 元对 曲 轴 进 行 网 格 划 分 ， 连杆轴颈与曲柄壁的连接处和主轴径与曲柄壁过渡圆角 连接处均采用单元长度为 ３ ｍｍ 的四面体网格 ； 主轴径和连杆 轴颈处采用单元长度为 ５ ｍｍ 的四面体网格 ； 曲柄臂处采用单 元长度为 ８ ｍｍ 的四面体网格 ； 模拟轴承支座采用单元长度为
建立曲轴有限元模型， 如图 ２ 所示㊂ 曲轴材料采用 ４５ 号
１������ ５㊀ 模态结果及分析
型， 表 ２ 为固有频率计算结果， 图 ３ 为典型的振型图㊂
通过分析计算， 得到了曲轴前 １２ 阶的固有频率和固有振

[12]张策．机械动力学[M]．北京：高等教育出版社，2008．1：30-50．
[13]邓江华，冯国胜．柴油机曲轴的静动态有限ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分析及校核[J]．石家庄铁道学院学报，2005，18（1）：58-61．
[14]Xiang Wang．Residual fatigue strength of 48MnV crankshaft based on safety factor[J]．Journal of Central South University of Technology，2005，12（2）：1-90
4.根据动态分析结果，针对该曲轴设计中的薄弱环节，提出改进意见，并在模型中对改进后的结构进行分析；利用该模型，对曲轴进行动态分析；
指定参考文献
[1]胡佳富，胡建立．浅谈柴油机曲轴的热处理工艺及材料的选择[J]．山东内燃机，2002，3：30-33.
[2]韩黎明等．面向21世纪的曲轴新材料[J]．中国机械工程，2000，11（10）：1189-1192．
课题的实施的方法、步骤及工作量要求
1.以SL4105Z增压柴油机曲轴为研究对象，利用pro-e或catia软件，建立该曲轴的三维模型；
2.将该曲轴的三维模型导入anasys软件，划分网格获得有限元模型；（包括模型选择及简化，单元选择，网格划分，选择计算工况，确定边界条件及确定载荷和约束施加）
3.利用该模型，对曲轴进行动态分析；
本毕业设计以某款柴油机为载体计算分析了曲轴的静态性能和动态特性并利用试验优化技术对曲轴进行了改进设计和多种方案的试验比较得到了试验指标下的显著性影响因素为今后的曲轴设计提供了一些科学依据和可行性方案
三江学院
毕业设计（论文）任务书
机械工程院（系）

目录1.绪论 (2)1.1研究背景 (2)1.2研究内容 (2)1.3所用软件的介绍 (2)2曲轴的CATIA三维建模 (3)2.1.创建第一平衡重 (3)2.2创建第一曲拐及第二平衡重 ..................... 错误!未定义书签。

2.3创建第二轴颈及第三平衡重 (6)2.4创建第二曲拐及第四平衡重 (8)2.5通过镜像创建四缸发动机的全部曲拐及平衡重 (10)2.6创建曲轴前端特征 (11)2.7创建曲轴后端特征 (19)2.8 完成曲轴的完整模型，并保存 (22)3.曲轴的ANSYS有限元分析 (23)3.1CATIA文件导入ANSYS并显示实体 (23)3.2网格划分及添加约束 (23)3.3进行模态分析前处理 (24)3.4开始进行模态分析 (25)3.5进行扩展模态分析 (26)3.6结果分析 (35)4.结论 (35)参考文献.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．361.绪论1.1研究背景1.2研究内容某曲轴的有限元分析或模态分析，用catia软件进行三维实体建模，然后生成的实体导入有限元分析软件Ansys中进行曲轴的强度分析和模态分析。

1.3所用软件的介绍(1)CATIA软件：CATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件。

目前在中国由IBM公司代理销售。

CATIA软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。

CATIA的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。

比如其特有的高次Bezier曲线曲面功能，次数能达到15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。

而我们现在所用到的CATIA的功能是三维实体建模！(2)Ansys软件：ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I －DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

基于ANSYS的WD615发动机曲轴的应力分析及可靠性分析摘要：曲轴作为发动机最重要的部件，其静刚度的好坏直接影响发动机的工作性能及使用寿命。

目前我国对发动机曲轴的静态特性的要求日渐苛刻，曲轴的疲劳失效将使发动机运转发生故障。

本文运用Ansys有限元分析软件对WD615发动机曲轴进行应力分析，主要分析其在承受最大外力载荷时所发生的应力集中和变形情况，为提高发动机的可靠性和使用寿命提供理论依据，具有实际应用价值。

关键词：曲轴；应力分析；有限元法引言曲轴为发动机的重要部件之一，在发动机的设计以及改进的过程中占有很重要的地位，它是发动机的主要旋转部件。

WD615发动机曲轴结构比较复杂，工作过程中曲轴内部会产生弯曲应力以及扭转应力，应力集中达到一定程度的时候，曲轴会产生失效或者断裂。

本文对WD615发动机曲轴进行应力分析，求解WD615发动机曲轴部件的局部应力和曲轴整体的应力分布以及曲轴在工作状态中的变形量。

1.WD615发动机曲轴的工作状态分析发动机工作过程中，气缸内气体燃烧产生气体爆发力并作用到活塞上，再通过连杆作用到曲轴上，曲轴在工作的过程中内部会产生弯曲应力和扭转应力，如果应力超过发动机曲轴能够承受的极限载荷，曲轴就会产生失效或者断裂现象。

曲轴刚度也很重要，刚度不足将会加剧曲轴的纵向振动和扭振振动，使与曲轴相连的柴油机零部件的工作条件出现恶化，增大柴油机的噪声。

2.WD615发动机曲轴的静态应力分析本文对发动机曲轴的静态应力分析是基于Ansys的有限元结构分析，用Solidworks软件建立曲轴的三维模型，将其导入到Ansys软件建立了WD615曲轴的有限元模型，然后定义分析类型和材料的力学性能，并且还要施加力载荷以及约束边界条件，最后得出应力分析的结果。

2.1 WD615发动机曲轴有限元模型的前处理WD615发动机曲轴为整体锻造模锻件，材料采用优质45 钢。

燃烧最高压力达3000～6000kPa。

Abstract: For a comprehensive study on the factors affecting of the engine crankshaft fatigue strength, finite element model of the engine power system is set up in the paper. According to the state of the actual job conditions, the stress and deformation of the crankshaft are computed by the finite element method in a variety of load and displacement boundary conditions. The results of the crankshaft are compared with the test data. The results show that such model has good practical value engineering for the crankshaft fatigue strength analysis and provides a new idea for the study. Keywords: crankshaft; fatigue strength; finite element
第2期
姚海南：发动机曲轴疲劳强度的三维有限元分析
121
nσ =
σ −1 ε σ βσ
kσ
σ α + ϕσ σ m
，nτ =
τ −1 ετ βτ
kτ
τ α + ϕτ τ m

9内燃机中连接曲轴和活塞的连杆模态分析9.1 实践任务和目的车用内燃机中连接曲轴和活塞的连杆在发动机工作时，往复摆动的频率范围33.3～100r/s ，如果连杆的固有频率在此范围内会出现共振使得连杆断裂造成事故，连杆的尺寸如图9.1所示，质量密度为7800kg/m 3，泊松比为0.3，弹性模量为210GPa ，试对该连杆进行模态分析，并确定其各阶固有频率。

9.2实验环境Ansys14.0及其以上版本软件，win7以上版本操作系统9.3实践准备1）连杆建模在三维设计软件（本书选择的软件为Creo3.0）中根据图9.1所示的连杆尺寸建立三维模型，然后在对称面将连杆分为上下对称的两个部分，删除下面部分保留上面部分，然后将文件另存为igs 格式文件，并将文件命名为rod.igs ，本书将该文件保存在光盘目录test9下面，建立的三维模型如图9.2所示。

图9.1连杆尺寸图9.2连杆对称上部三维模型2）本实验单位量纲确定本实验采用的单位为Kg-mm-s，相应量纲单位换算如下：E=210GPa=210×109N/m2=210×109(kg.m/s2)/m2=2.1×1011(kg /(s2m))=2.1×1011(kg /(s2×103×mm))=2.1×108(kg /(s2mm))；ρ=7800kg/m3=7.8×103kg/(109mm3)=7.8×10-6kg/mm3；9.4实验内容和步骤Step1 改变工作名和工作路径①拾取菜单Utility Menu→File→Change Johname，弹出“Change Jobname”对话框，在“[/FILNAME]”文本框中输入rod，单击“OK”按钮完成工作名设定。

②拾取菜单Utility Menu→File→Change Directory，弹出“浏览文件夹”对话框，在对话框中选中预先建立的工作目录文件“test9”，单击“确定”按钮完成工作路径设置。

第 32 卷 第 5 期 V ol 32 N o 5
锻压技术
FORGING & STAMPING TECHNOLOGY
2007 年 10 月 Oct. 2007
基于 ANSYS 的曲柄压力机曲轴刚度分析
周志鸿* , 李 晓, 孙常盛
( 北京科技大学 土木与环境工程学院, 北京 100083)
摘要: 按变截面梁挠度理论公式对 J23- 80 压力 机的曲 轴刚度 进行计算, 得出的 挠度值 与实测值 相比误 差为 4% 。
挠度, 公称压力 F g 取 800 kN , 其计算简图如图 2
所示, 计算得到挠度 = 0 172 m m, 此轴的实测挠
度值为 0 179 mm[ 1] , 误差为 4% 。
图 2 J23- 80 压力机曲轴刚度计算尺寸图 Fig 2 Calcul at ed siz e sket ch of J23-80 cran k
4r+ b
EJ 3
=2Biblioteka 2r1 4Fg
x
2
d
x
+
0 EJ 1
2r+ b
1 4
F
g
x
2
dx
+
2r
EJ 2
4r+ b 2r+ b
1 4
Fg
x
EJ 3
2
d
x
+
2r+
b+
la 2
Fg 2
(
4r
+
b)
4r+ b
EJ 3
1 2
x
dx
3
1 J
1
(
2r

图 6 单拐受压变形图
图 7 单拐受压应力图
曲轴的疲劳强度计算包括曲轴圆角疲劳强度
平 衡 重 最 下 端 处 ，最 大 位 移 为 0.048948mm，其 附
计算和油孔疲劳强度计算[1][9]。 实践表明，曲轴油孔
近都是变形较大的区域（圆圈处显示），其它地方 的疲劳破坏较圆角的疲劳强度破坏要少得多，因
and displacement， identifying the location of the danger point， checking the bend fatigue strength of the crankshaft． Last， analyzing
C g the former 12 steps free modal on the whole crankshaft， obtained the natural frequencies and mode shapes to offer the reference to r the designing and advancing of the crankshaft．
(1+0.3172)
E m ×0.046×( 2500×2π )2=2018.82（N） 60
M .ca Pr2=mjz(1+
R L
)Rω2=0.764×(1+ 46 145
)×0.046
×( 2500×2π )2=3169.57（N）
A60
C w 3）连杆大头的旋转惯性力 Pr3：
w Pr3＝mr
阶自由模态分析，得出曲轴的固有频率和振型，为曲轴的设计以及改进提供了参考依据。 关键词： 曲轴；有限元分析；静力；模态
中 图 分 类 号 ：TK413．3＋1

作者简介:李飞（1990~），男，安徽阜阳人，硕士，助教，研究方向：流体机械设计。

收稿日期:2019-10-21基于ANSYS Workbench 的曲轴疲劳寿命分析李飞安徽信息工程学院机械工程学院，安徽芜湖241000摘要：曲轴是隔膜泵动力端的关键部件，在传动过程中，曲轴承受复杂的交变载荷，易发生疲劳损坏现象。

在样机制造前，为预测结构件的疲劳寿命，可先对曲轴做力学分析，然后使用ANSYS Workbench 软件虚拟模拟，依次划分网格、施加边界条件、添加随机载荷，仿真求解后，提取曲轴的安全系数云图。

结果表明：曲轴满足疲劳强度要求。

关键词：曲轴；疲劳寿命；随机载荷；疲劳强度中图分类号：TG305文献标识码：A文章编号：2095-7734（2019）06-0045-032019年12月普洱学院学报Dec.2019第35卷第6期Journal of Puer University Vol.35No.60引言原动机的旋转运动通过曲轴连杆机构传递[1-2]，转化为橡胶隔膜的往复鼓动，从而改变腔室大小实现隔膜泵的吸、排液。

隔膜泵动力端工作时，曲轴受力复杂，主要有原动机作用在曲轴上驱动力、运动时曲拐部分相对于旋转中心不平衡产生的惯性力、曲轴与连杆运动副间的摩擦力，以及连杆对曲拐部位的法向力与切向力等。

在承受复杂的交变载荷作用下，曲轴在运作中，易出现弯曲与扭转变形，是隔膜泵动力端的易损件，曲轴寿命影响隔膜泵的正常工作。

在曲轴设计阶段，利用有限元方法计算疲劳损伤，预测曲轴的使用寿命，并对结构改进，有利于提高产品质量[3-6]。

1曲轴受力分析1.1曲轴旋转惯性力计算对隔膜泵传动机构动力学进行分析，确定曲轴受力规律，为曲轴的强度校核与疲劳分析提供合理的参数。

原动件带动主轴绕中心线旋转，而曲轴绕中心旋转，中心距为，曲轴的曲拐部分相对于旋转中心是不平衡的质量，在旋转的过程中会产生惯性力。

图1中，把曲轴质量分为质量三部分。

第３７卷 第５期 Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．５
ＦＯＲＧＩＮＧ ＆ ＳＴＡＭＰＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１２ 年 １０ 月 Ｏｃｔ． ２０１２
基于 ＡＮＳＹＳ－ＰＤＳ的高速冲床曲轴可靠性分析
刘永峰，孙 宇，张新洲
（南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 ２１００９４）
摘要：根据可靠性分析理论，运用有限元分析软件的概率设计功能 （ＡＮＳＹＳ－ｐｄｓ模块），对高速冲 床 曲 轴 进 行 了 可
颈上的载荷分布函数为：
（ ） （ ） ｑ（ｘ，θ）＝
９Ｆ ８ＬＤ
１－４Ｌｘ２２
ｃｏｓ
３θ ２
（４）
第５期
刘永峰等：基于 ＡＮＳＹＳ－ＰＤＳ的高速冲床曲轴可靠性分析
１ ５７
式中：Ｆ 为 作 用 在 轴 颈 的 总 载 荷；Ｄ 为 轴 颈 直 径； ＊ｇｅｔ，ｍａｘｓｔｒ，ｓｏｒｔ，，ｍａｘ ！将最大应力赋值于 ｍａｘｓｔｒ
件可靠度 （不失效的概率）Ｒ 的计算公式：
用响应面法进行可靠性分析。响应面法是通过所建
∞
∞
∫ ∫ Ｒ ＝ ｈ（ｓ）［ ｆ（Ｓ）ｄＳ］ｄｓ
０
ｓ
（１）
立的随机输入变量和输出变量的近似函数来进行有 限元分析计算的 。 ［１１］ 为了使 近 似 函 数 更 加 准 确， 可
在机械可靠性设计中，应力和强度都是广义的。 建立随机输入变量空间，并在此空间中标注出各随
标判断这些因素对零件可靠性的影响，在这些随机 因素并不明确的条件下，更有效的提高分析的准确 性和零 件 的 可 靠 性 。 ［１－２］ 本 文 就 是 在 可 靠 性 的 基 础 上，运用 ＡＮＳＹＳ中的 ＰＤＳ模 块 对 曲 轴 进 行 分 析 设 计［３］。
１ 高速冲床曲轴可靠性设计理论

Modeling and Simulation 建模与仿真, 2023, 12(2), 1605-1611 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/mos https:///10.12677/mos.2023.122149基于ANSYS Workbench 的发动机曲轴有限元分析姚梦灿1，王笑含2，胡方旭11上海理工大学机械工程学院，上海 2上海航天设备总厂有限公司，上海收稿日期：2023年2月13日；录用日期：2023年3月23日；发布日期：2023年3月30日摘要本文对某型大功率V10发动机曲轴进行静力学分析。

首先在Pro/Engineer 中建立该发动机曲轴的三维模型，由于实际情况中，发动机曲轴始终在进行极为复杂的运动，所以对模型和受力受载荷简化，降低运算难度。

然后在ANSYS Workbench 中进行有限元分析，得到该发动机曲轴的应力和应变情况，最大应变为0.026187 mm ，最大应力为60.786 Mpa 。

最后我们得出该发动机的危险区域为连杆轴靠近曲拐处。

关键词发动机曲轴，ANSYS Workbench ，静力学分析Finite Element Analysis of Engine Crankshaft Based on ANSYS WorkbenchMengcan Yao 1, Xiaohan Wang 2, Fangxu Hu 11School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 2Shanghai Aerospace Equipment Manufacturer Co., Ltd., ShanghaiReceived: Feb. 13th , 2023; accepted: Mar. 23rd , 2023; published: Mar. 30th , 2023AbstractIn this paper, a static analysis of a certain type of high-power V10 engine crankshaft is carried out. First, establish a three-dimensional model of the engine crankshaft in Pro/Engineer. Since the en-gine crankshaft is always performing extremely complex movements in actual conditions, the model and the force and load are simplified to reduce the computational difficulty. Then perform姚梦灿 等finite element analysis in ANSYS Workbench to get the stress and strain of the engine crankshaft. The maximum strain is 0.026187 mm and the maximum stress is 60.786 Mpa. Finally, we conclude that the dangerous area of the engine is that the connecting rod shaft is close to the crank.KeywordsEngine Crankshaft, ANSYS Workbench, Statics AnalysisCopyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言发动机是一辆汽车的心脏，它负责将然后燃烧的内能转化为动能传输给汽车的其他部件，使得汽车能正常的运转[1] [2]。

通过 节 点 求 解 结 果 显 示 最 大 Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ 等 效 应 力 发 生的位置在左边的滚压轮与连杆轴颈圆角的接触位置即 节点 ９９６。最高第一主应力发生的位置也位１ 期 ６９
建 模 与 仿 真 Ｍｏ ｄ ｅ ｌｉｎ ｇ ＆ Ｓ ｉｍ ｕ ｌａ ｔｉｏ ｎ
通过调整材料或更换结构的方法来保证振动处于可控状
态之中。
４结论
随着虚拟装配技术的发展， 虚拟装配将从根本上改
变传统的产品设计及制造模式， 在 Ｐｒｏ／Ｅ 环境中虚拟产品
原型， 代替实际产品进行实验， 对其可装配性进行评价，
从而使产品达到全局最优。本文基于 Ｐｒｏ／Ｅ 平台对电力铁
塔的装配进行了参数化放样， 取得了较好的效果。
４．２ 应变的计算结果 曲轴连杆轴颈圆角在滚压后， 总应变（ 包括弹性应变
和塑性应变） 结果显示， 最高第一主应变为 ０．００２９５８３， 最 高第二主应变为 ０．００１３８７４， 最大 Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ 等效塑性应 变为 ０．０１３２８４。节点求解结果显示最大塑性应变发生在 左边的滚压轮与连杆轴颈圆角的接触位置即节点 ９９６， 塑 性 应 变 最 大 值 为 ０．００８９２４２， Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ 等 效 应 变 云 图 如 图 ９ 所示。
［ ３］ 詹 友 刚． Ｐｒｏ／ｅｎｇｉｎｅｅｒ 中 文 野 火 版 教 程－ 专 用 模 块 ［ Ｍ］ ．北 京 ： 清 华大学出版社， ２００４．
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建 模 与 仿 真 Ｍｏ ｄ ｅ ｌｉｎ ｇ ＆ Ｓ ｉｍ ｕ ｌａ ｔｉｏ ｎ

基于ANSYS软件的柴油机曲轴有限元分析1 引言随着柴油机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，保证曲轴的工作可靠性至关重要，其设计是否可靠，对柴油机的使用寿命有很大影响，因此在研制过程中需给予高度重视。

由于曲轴的形状及其载荷比较复杂，对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。

有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，是分析各种结构问题的强有力的工具，使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。

6105高速柴油机曲轴为全支承式，总长929mm，连杆颈直径为63mm，主轴颈直径为70mm，分别在第1、第3、第4、第6连杆轴颈上设有非轴线对称平衡块。

本文采用ANSYS有限元软件，在静应力计算部分采用整体曲轴模型进行有限元分析和模态分析，并就单元选择及网格划分对应力的影响做了分析比较。

2 整体曲轴有限元模型的建立传统的曲轴分析，国内外多采用单拐或1 /2单拐模型。

但这种方法还不能反映整体曲轴内部应力场的分布状态，有些学者也采用连续梁理论对曲轴进行分析计算，但把象曲轴这样复杂的结构简化成连续梁，计算结果显然是不准确的。

因此，为了较为准确地计算曲轴强度和了解曲轴内部的应力状况，本文采用曲轴三维整体模型，对曲轴进行静强度和刚度的有限元分析。

2.1有限元网格的划分由于曲轴结构复杂，利用有限元软件进行建模时很难保证和图纸上的曲轴结构完全一致，因此建模时必须简化。

为了减少应力集中，曲轴上不同截面的结合处都有半径不一的倒角，如果在建模时考虑这些倒角和油孔，则会使有限元的网格非常密集，这就大大地增加了模型的单元数量，花费大量的求解时间，而且生成的网格形状也不理想，降低了求解精度，因此在整体曲轴建模时仅考虑主轴颈、曲轴轴颈和曲拐连接处的过渡圆角。

采用ANSYS有限元软件，根据曲轴的结构特点，结合有限元分析软件中所提供的单元类型，选择10节点的四面体单元Solsd92。

在建模时，首先采用较疏的网格实体模型进行网格划分，然后将连杆轴颈和曲轴主轴颈的圆角处进行网格细划。