往复压缩机曲轴变工况条件下有限元分析

往复压缩机曲轴强度分析王琼;秦志坚;屈宗长;马晓红【摘要】基于热动力计算的结果,通过利用Ansys建立轴系的三维模型,对整体曲轴进行了应力计算,得到了危险节点处的应力变化曲线以及在载荷变化周期内的最大应力幅值,最后校核了静强度和疲劳强度.结果表明设计工况下该轴系的强度符合设计规范要求,同时为同类型压缩机曲轴设计提供了理论依据.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P10-14)【关键词】有限元分析;应力;曲轴强度;往复压缩机【作者】王琼;秦志坚;屈宗长;马晓红【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院压缩机研究所,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院压缩机研究所,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院压缩机研究所,陕西西安710049;吉林油田勘察设计院工艺室,吉林松原138000【正文语种】中文【中图分类】TH4571 引言在石油、化工生产中，在利用管道输送气体时，常采用压缩机增压，以克服流动过程中的管道阻力，当输送压力较高时，高压大型往复系列就是首选。

大型往复活塞压缩机曲轴受力情况复杂，4列以上时可能伴有扭转振动的附加应力；曲轴形状复杂，在承受载荷时，各断面突变处、油孔处均能造成应力集中。

在交变的弯曲和扭转负荷下，这些应力集中处可能出现疲劳裂纹，甚而导致曲轴破坏，使得工业生产中断，造成严重的经济损失和安全事故。

所以曲轴的应力计算和强度分析成为压缩机设计过程中至关重要的一道程序。

利用有限元分析软件对机器零部件进行强度分析是现代机械制造技术的一个重要手段。

分析零部件在一定载荷作用下的应力、应变，可以预知零部件是否满足强度要求，从而保证其可靠性。

本文以4M12-2.5/250超临界CO2往复压缩机为研究对象，通过建立轴系有限元分析模型，对曲轴的强度进行了详细分析，并结合材料力学，运用Ansys分析软件，分析校核了该轴系的力学强度，检测了轴系的安全可靠性，也为其它往复压缩机的曲轴强度分析提供参考。

发动机曲轴有限元模态分析方法研究高波;彭永旗【摘要】为了研究有限元模态分析法及分析曲轴的振动特性对发动机产生的不良影响,利用CATIA建立曲轴的实体模型,并用Hypermesh建立曲轴的有限元模型,并基于有限元理论,对曲轴进行自由模态分析,获得曲轴的前10阶固有频率和振型,通过分析,为曲轴的动态特性研究、优化设计及振动控制提供参考依据.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】3页(P3-4,14)【关键词】曲轴;有限元;模态分析【作者】高波;彭永旗【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U464CLC NO.:U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-03-03曲轴是汽车发动机中最重要的也是最易损坏的部件之一。

曲轴在工作中承受着气缸内周期性载荷的作用，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，同时还有振动，由于曲轴自身具有一定的固有振动频率，曲轴在这些力的作用下工作，当激振频率与其自身的固有振动频率相同时，就有可能在发动机的工作范围内产生强烈的共振现象，从而导致曲轴过早地出现扭转疲劳破坏和弯曲疲劳破坏，甚至可能造成曲轴断裂[1]。

所以，有必要对曲轴进行动态特性及响应分析的研究[2]。

常用的方法是通过理论求解曲轴的各阶模态参数的有限元分析法。

本文以四缸发动机曲轴为例，利用CATIA软件及Hypermesh软件相结合，采用有限元分析法进行曲轴的自由模态分析。

对曲轴进行自由模态分析可以确定曲轴的固有频率和振型。

曲轴的固有频率和振型是曲轴结构设计中的重要参数[3]。

根据振动理论和有限元理论，对于多自由度系统，将所有自由度对应的位移用向量表示，则其振动微分方程为：式中：[M]为系统质量矩阵；[c]为阻尼矩阵；[k]为刚度矩阵；{F(t)}为输入力向量；分别为系统节点位移向量、速度向量和加速度向量。

往复式压缩机气缸多轴应变疲劳【摘 要】考依据。

【关键词】一、前言参考。

）分析模型。

该模型含有1/4气缸体、气阀、压阀罩、阀孔盖板及压紧螺栓，由三维实体有限单元表示，单元网格边长小至0.2mm（见图3），圆角半径值严格按照气缸几何模型中的值进行模拟（在FEA模型中还使用了另一增大的圆角半径值来研究其影响）。

节点（平均）应力和单元（非平均）应力之差小于5%验证了有限元细化网格的有效性。

图2 1/4气缸有限元分析模型图3 气缸阀腔底部圆角局部应力集中区域的有限元网格细化2.载荷和边界条件FEA分析模型上的载荷包括了气阀两侧的气体通道压力，工作压力和气阀盖板压紧螺栓的预紧力（预紧应力和相应的螺栓有效拉伸面积相乘）。

在边界条件设置上，对有限元模型中3个相互垂直的边界面分别用对称平面约束条件，并同时选取固定节点以防止模型在3个坐标方向上的刚性移动。

3.材料特性气缸材料为双线性类型并服从V on Mises屈服准则。

4.有限元应力分析结果通过对阀腔底部圆角半径(r)和盖板压紧螺栓预紧力（F pre）的不同值进行组合可以建立不同的有限元分析模型，一般分为两步进行运算。

其中，第一步是计算气缸在盖板压紧螺栓预紧力作用下的应力，以及每个压紧螺栓的拉伸位移量。

第二步是使用压紧螺栓的拉伸位移量作为约束载荷，并考虑气阀两侧气体压力（高/低和高/高）的工况载荷，计算气缸应力分布，特别是在阀腔底部圆角区域的局部集中应力分布。

图4~图7 显示了在阀腔底部圆角半径r为0.381mm，螺栓预紧载荷为310.2 MPa时的气缸应力和变形计算结果。

图4 气缸的VonMises应力分布图5 气缸发生的变形图6 气缸在气阀两侧气体合力（高/低）作用下产生的V onMi s e应力分布图7 气缸在气阀两侧气体合力（高/低）作用下发生的变形三、多轴应变疲劳分析疲劳失效是机械部件承受交变循环载荷时主要失效形式之一，通常使用应力－寿命法或应变－寿命法进行分析。

往复压缩机曲轴转动惯量和扭转刚度的有限元计算李鹏;赵文雄;蔡斌鹏;杨金;徐宜桂【摘要】以某国产往复压缩机的曲轴为例,说明了使用有限元分析方法计算曲轴转动惯量和扭转刚度的过程.计算过程规范,计算结果准确,避免了使用经验公式或近似计算带来的计算误差,为准确预测往复压缩机组的扭振固有频率和动态扭振响应,实施有效的扭振控制措施,避免机组扭振共振提供了技术保证.%In this paper, the process is illustrated of calculating moment of inertia and torsional stiffness of a domestic reciprocating compressor crankshaft by FEA. The calculation error caused by using empirical formula or approximate calculation was avoided by this precise process. It provided technical support for effective torsional vibration control measures to avoid torsional vibration by ac-curate prediction of torsional natural frequency and dynamic torsional vibration response of reciprocating compressors.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P24-27)【关键词】曲轴;转动惯量;扭转刚度;有限元法【作者】李鹏;赵文雄;蔡斌鹏;杨金;徐宜桂【作者单位】中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;中国石油长庆油田分公司第四采气厂,内蒙古乌审旗,017300;中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;加拿大中加压缩机撬及管道工程公司,卡尔加里加拿大【正文语种】中文【中图分类】TH457往复压缩机组扭振分析是保证机组安全运行的一项重要分析工作。

2000kN压力机曲轴有限元分析申建磊;江宝明;李杏;刘杰;朱从武【摘要】曲轴作为机械压力机的关键零部件,承受周期性的冲击载荷,其受力分析是压力机设计中的一个重要环节.本文对某公称力为2000kN压力机的曲轴进行了三维实体有限元建模,分析曲轴在公称力冲击下的应力分布,并将分析结果与许用应力进行比较,为压力机曲轴的优化设计提供了有价值的理论依据.%The three-dimensional solid finite element model has been established to the crankshaftof presswith 2000KNnominal force in the text.The stress distribution of the crankshaft under the impact of nominal force has been analyzed.The analyzing result has been compared with the allowable stress,which provides valuable theoretical reference for optimized design of crankshaft forpress.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2017(052)005【总页数】3页(P7-9)【关键词】压力机;曲轴;有限元;应力分析;模态分析【作者】申建磊;江宝明;李杏;刘杰;朱从武【作者单位】扬州锻压机床股份有限公司,江苏扬州225128;扬州锻压机床股份有限公司,江苏扬州225128;扬州锻压机床股份有限公司,江苏扬州225128;扬州锻压机床股份有限公司,江苏扬州225128;扬州锻压机床股份有限公司,江苏扬州225128【正文语种】中文【中图分类】TG315.5曲轴是压力机传递运动和动力的重要零件，它通过曲柄连杆机构将电机的旋转运动转化为滑块和模具上模的往复运动。

2010年第1期总第227期中国农机化Chi nese Agr icult uralM echaniza ti onNo .1,2010TotalNo .227收稿日期:2009年4月23日 修回日期:2009年6月19日*基金项目:国家自然科学基金项目(50875118);兰州理工大学优秀青年教师资助项目彭斌,男,1976年生,新疆伊宁人,博士,兰州理工大学教师;研究方向为现代设计方法和涡旋机械。

张洪生,男,1962年生,甘肃武威人,兰州理工大学高级工程师、硕导;研究方向为石油矿产机械。

赵荣珍,女,1960年生,山东枣庄人,博士,兰州理工大学教授、博导;研究方向为故障诊断。

张力,女,1965年生,甘肃兰州人,兰州理工大学高级工程师、硕导;研究方向为石油矿产机械。

高压往复泵曲轴强度的有限元分析*彭斌1,2,张洪生1,2,赵荣珍1,2,张力1,2(1.兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,兰州市,730050;2.兰州理工大学机电工程学院,兰州市,730050)摘要:为了提升高压往复泵的设计开发水平,以三缸单作用高压往复泵为研究对象,通过对各机构的运动分析和部件的受力计算,得到了曲轴的载荷变化规律。

在P ro/E 中建立了曲轴的三维实体模型,采用有限元方法对三种危险工况下的曲轴强度分别进行了应力分析,获得了最大主应力、最小主应力和M ises 应力在曲轴上的分布规律,详细分析了各应力产生的原因及对曲轴强度的影响,有限元分析计算的结果为高压往复泵曲轴的设计研发提供了理论依据和技术支持。

关键词:往复泵;曲轴;强度;有限元分析中图分类号:T H 32 文献标识码:A do:i 10.3969/.j issn .1006-7205.2010.01.017彭斌,张洪生,赵荣珍,张力.高压往复泵曲轴强度的有限元分析[J].中国农机化,2010,(1):70~74PENG B i n ,Z HA NG Hong-sheng ,Z HAO R o ng-zhen ,Z HANG L.i FE M of hi gh press u re reciprocati ng pu m p cranksha ft i ntensi 2ty [J].Chi nese Agr icu lt ura lM echan i zati on ,2010,(1):70~740 引言近年来,高压往复泵的应用范围越来越广,为了适应各种不同的工作条件,泵的结构、材料和制造工艺等方面都发生了很大的变化,性能也需要进一步提高。

利用有限元分析法对曲轴强度分析的研究作者：纪士鑫来源：《电脑知识与技术》2017年第13期摘要：在现代汽车发动机设计中，多采用有限元分析法对各零部件强度进行分析研究，该文以对曲轴强度计算为例，就如何利用相关软件进行有限元分析的过程进行说明。

意在使大家能够掌握这种现代化的分析方法，使得研究过程做到事半功倍。

关键词：有限元分析；曲轴强度；疲劳强度中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）13-0208-02在现代发动机设计研究中，为了缩减设计周期和研究成本，常采用有限元分析法对发动机各零部件进行强度计算。

基本流程是，先利用CATIA软件进行零部件的三维实体建模，再利用ANSYS软件进行零部件的有限元分析。

下面笔者将以某发动机曲轴强度的分析来说明如何利用相关软件进行分析的整个流程。

1建立三维实体模型1.1CATIA软件简介CATIA（Computer Aided Tri-Dimensional Interface Applica-don）软件是一款CAD/CAE/CAM一体化软件，以其强大的曲面设计开发功能著称于设计领域。

本文就是以该软件进行曲轴曲面模型的建立。

1.2曲轴实体模型建立模型建立过程如下：1）启动CATIA软件，选择开始一机械设计一零件设计，选择“part”设计模式。

2）以YZ平面为基准新建草图，完成曲轴前端以及第一主轴颈的草图绘制，退出草图并选择“回转体”命令，之后完成键槽的绘制。

3）以第一主轴颈末端平面为基准新建草图，画出第一曲拐曲柄及平衡重的草图，退出草图后选择“凸台”命令，完成对草图的拉伸。

4）以第一曲拐曲柄的末端平面为基准新建草图，画出第一个连杆轴颈的草图，退出草图后选择“凸台”命令，完成对草图的拉伸。

5）同理，完成第二主轴颈、第三主轴颈、第二连杆轴颈和第二、第三、第四曲柄的绘制。

6）选择对称面后进行“镜像”命令，完成其余主轴颈、连杆轴颈和曲柄的绘制。

往复式活塞压缩机连杆有限元分析胡浩杰【摘要】往复式活塞压缩机连杆有限元分析,是利用相关的有限元软件对往复式活塞压缩机连杆进行相关分析,然后根据相关的数据分析连杆最大拉伸和压缩实际工作情况进行相关的应力分布设想,然后确定可能危险截面的具体位置,并且会对连杆的拉伸及压缩程度进行检验及核对,在连杆瞬时间状态研究出来最大拉伸或者压缩荷载的可能程度.这种往复式活塞压缩机连杆有限元分析为压缩机连杆使用周期寿命的研究提供了依据及基础.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2018(044)011【总页数】1页(P97)【关键词】往复式活塞压缩机连杆;分析;压力【作者】胡浩杰【作者单位】上海大隆机器厂有限公司,上海 200431【正文语种】中文【中图分类】TH451 有限元几何模型的建立1.1 假设相关条件在进行往复式活塞压缩机连杆建立时候，需要考虑到连杆本身是几种零件构成。

为了能够准确地往复式活塞压缩机连杆的结构特点进行有限元分析，根据有限元进行计算，需要做好基础准备工作，要考虑到计算工程量，求得最后结果的耗费时间以及相关的准确度。

1.2 网格的划分往复式活塞压缩机连杆的所有零件构成包括：往复式活塞压缩机连杆体、连杆盖帽、连杆螺栓、轴瓦和衬套，所以在有限元分析中为了方便荷载和约束的有效施加，就在分析的模型中通常会加入两部分：一部分是活塞销，另一部分是曲柄销，这两部分的作用是为了省去过去传统中往复式活塞压缩机连杆计算中对压力的分布情况和在圆角处分布的处理，这两部分处理在计算中通常会很麻烦，减少了计算难度，并且会在计算中可以矫正由于边界值情况以及荷载均匀分布的假设带来的偏差。

1.3 进行约束设置在往复式活塞压缩机连杆每个零件建立相互之间的连接关系时候，连接对一共会有七对，分别会是：衬套和十字头销部位连接对、轴瓦部分与曲轴销连接对、连杆杆体与连杆盖帽连接对、连杆杆体与螺栓和螺母连接对。

这所有的连接关系都是法向“硬”性接触，所以切向都会采用有摩擦系数的罚函数算法。