基于圆角滚压工艺的曲轴疲劳行为研究

利用有限元计算软件Abaqus,采用三维显式动力学计算,模拟曲轴圆角滚压过程。利用软件自带的二次开发程序,编写数据采集程序,得到了曲轴圆角表面和内部的应力分布情况。参照曲轴真实疲劳试验,对曲轴进行模拟弯曲疲劳试验,得到不同弯矩水平下曲轴圆角应力分布情况。将模拟弯曲疲劳试验得到的圆角工作应力与滚压后的圆角残余应力进行耦合计算,获得更为准确的曲轴疲劳强度,并依此对曲轴滚压参数进行优化,优化后的曲轴疲劳极限弯矩提高15.7%。     

汽车曲轴圆角残余应力的X射线测定

曲轴是汽车发动机的最重要零件之一。随着近代汽车向高速、高压缩比发展,对汽车曲轴强度的要求也越来越高。曲轴的使用状况及其本身的结构特点,使曲轴的应力分布很不均匀。在曲轴的圆角上,由于应力集中而造成高出名义应力几倍的应力。一系列的应力分析结果和大量的曲轴使用断裂实例都说明,曲轴圆角是其疲劳破坏的危险部位。圆角部位的强度性能和质量好坏,是决定曲轴总体强度的关键。     

基于有限元法的柴油机曲轴裂纹扩展模拟研究

以某型直列柴油机曲轴为研究对象,建立曲轴的有限元模型,采用子结构技术对有限元模型进行模态缩减。应用AVL.Excite进行曲轴的多体动力学仿真,经过应力恢复得到曲轴的应力分布,确定易产生裂纹的危险截面。采用1/4节点等参退化奇异单元模拟裂纹前沿应力奇异性,建立曲轴表面裂纹扩展的有限元模型,对不同深度椭圆裂纹的应力强度因子进行计算,最后拟合应力强度因子与裂纹深度的近似表达式,预测了其裂纹扩展寿命。     

曲轴的疲劳和模态分析

用 CAD软件 PRO/ E对东风汽车公司生产的康明斯某型号柴油发动机曲轴建立了三维实体模型 ,通过 IGES文件载入工程分析软件 ANSYS中 ,对不带平衡块的曲柄和带平衡块的曲柄进行网格剖分和边界条件的施加 ,分析了静应力分布情况 ,并在此基础上完成了曲轴的疲劳强度计算。对简化的曲轴三维有限元模型 ,进行了前 6阶自由模态的计算。为曲轴的设计以及改进提供了参考依据。     

曲轴中频感应淬火过程模拟及残余应力计算

利用ANSYS有限元分析软件，进行了6110钢曲轴的中频感应淬火过程的模拟计算，并预测了淬硬层的深度，计算了淬火后的残余应力分布。可直观显示任意时刻曲轴内任意截面上的温度场和应力场以及温度、应力等值线随着时间推移的情况，也可以显示任意点上的温度一时间曲线、应力一时间曲线。     

曲轴疲劳试验机自动控制系统的研制

为考核曲轴的弯曲疲劳强度 ,研制了一套由可编程控制器 (PIC)和PC机组成的高效、高自动化的试验装置 ,该装置可模拟曲轴在实际工况下的受力情况 ,测量所受应力的大小和分布等参数。实际应用证明 ,该装置具有较高的可靠性和自动化水平     

汽车发动机曲轴疲劳强度分析及有关问题探讨

对汽车发动机曲轴进行了符合实际情况的三维建模，校核了曲轴在交变载荷下的疲劳强度，并通过曲轴的疲劳试验对分析和计算的结果进行了验证。对忽略惯性力、忽略相邻曲拐影响以及忽略扭矩的简化模型分别进行了计算，得出了不同建模方法对计算结果精度的影响。对曲轴圆角形状优化、圆角应力分布和强化工艺等相关问题进行了探讨。     

曲轴强化工艺对疲劳极限的影响

为了改善和提高汽车发动机曲轴的使用寿命,通过三种曲轴复合强化工艺对曲轴进行强化处理后,再对曲轴进行金相组织分析、表面硬度检测、表面残余应力检测和台架弯曲疲劳试验来验证三种曲轴强化处理工艺的优劣性。试验结果表明曲轴进行复合强化工艺处理后其金相组织结构、特别是曲轴R处表面硬度和表面残余应力的大小对曲轴使用寿命(曲轴疲劳极限)有较大的影响。由试验结果获得:曲轴气体软氮化+表面滚压强化工艺效果最好,离子氮化+表面滚压强化工艺次之,高频淬火+表面滚压强化工艺结果较差。     

曲轴齿轮静动载复合工况下弯曲应力及安全系数的计算

过盈装配的柴油机曲轴齿轮,其齿根部除承受工作应力外,还要叠加原始过盈装配应力。工作应力载荷源包括来自喷油泵、配气机构的脉动冲击载荷以及来自水泵、机油泵、发电机的持续载荷。通过对曲轴齿轮静、动载复合工况下齿根承载应力的综合计算,确定了该齿轮零件的弯曲疲劳强度安全系数,为柴油机曲轴齿轮的工程设计提供通用的设计思路及计算依据。     

基于巴氏噪声研究曲轴热处理残余应力

以巴克豪森噪声(BN)原理为基础测量曲轴热处理后残余应力。结果表明调质后表面残余应力为压应力,定型工序是可以删除的,中频淬火后表面残余应力为压应力。取消定型有利于防止曲轴的变形和开裂。     

基于有限元的内燃机曲轴疲劳强度分析

内燃机曲轴轴颈的过渡圆角处是应力高度集中部位,是疲劳裂纹的最先形成位置,因此曲轴圆角是曲轴设计时需要重点关注的部位。文章采用NASTRAN软件对某发动机缸体进行模态缩减,利用EXCITE-PU软件进行动力学分析,再通过N-soft软件进行圆角的疲劳安全系数分析。结果表明,通过增加圆角半径的方式可以解决曲轴的断裂问题。     

大功率多缸柴油机曲轴疲劳强度评估方法

以某型大功率柴油机作为研究对象,采用ADAMS/Engine建立了多缸柴油机曲柄连杆机构多体动力学模型,计算得到了曲轴的工作载荷.通过建立曲轴的整体三维有限元模型,将主轴承对主轴颈的支撑边界定义为接触对以模拟实际的约束状态,并将动力学计算所得一个周期内的曲柄销载荷历程曲线离散为16个载荷点,并按照发火次序,组合得到了16个载荷工况以模拟曲轴上的交变载荷,载荷的施加采用函数分布的形式模拟滑动轴承的压力分布,通过非线性有限元分析得到曲轴的应力应变结果.在此基础上,利用曲轴材料性能数据绘制了曲轴Goodman疲劳强度曲线,自编后处理分析程序得到了曲轴上所有节点的疲劳强度安全系数.结果表明:材料为42CrMo的整体曲轴满足结构疲劳强度要求,油孔处和过渡圆角处的疲劳强度安全系数相对较小,采用Goodman疲劳曲线计算的最小疲劳强度安全系数为5.04.分析结果与曲轴实际失效位置一致.     

曲轴动态应力模拟及多轴疲劳计算

建立了某4缸柴油机曲轴轴系和主轴承座的有限元模型,采用EXCITE软件对曲轴轴系和连杆活塞组进行了多柔体的动态仿真,模拟了不同转速工况下曲轴随曲柄转角变化的动态应力。对曲轴动态应力结果进行了多轴疲劳计算,校核了不同运转工况下曲轴的疲劳安全系数,解决了弯扭耦合与多子系统交叉耦合时整体曲轴疲劳可靠性计算的难题。     

基于响应面法的内燃机曲轴优化

针对内燃机曲轴的结构强度问题,以内燃机实际运行工况下整体曲轴有限元仿真为基础,通过中心组合试验方法进行采样,运用最小二乘法、显著性分析和拟合精度检测,构建并修正了曲轴结构强度计算的响应面模型,选择关键几何结构参数为设计变量,采用模拟退火与直接搜索相结合的协同优化方法对响应面模型进行优化。对某内燃机曲轴的优化算例表明,该优化方法能大大提高曲轴设计的优化效率,具有较高的精度。     

基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳寿命分析

为分析4100QBZL柴油机曲轴的疲劳寿命,建立该曲柄连杆机构的刚柔耦合多体动力学模型,将多组试验测量的缸内压力作为驱动力,进行耦合仿真得到曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并根据载荷结果对曲轴进行静强度校核。最后结合由多体动力学软件得到的载荷谱与有限元分析所得的曲轴在各个工况下的应力应变分析结果,以及通过材料的各项属性拟合出的S-N曲线,对曲轴进行了疲劳寿命预测。结果表明:曲轴的静强度及疲劳寿命均达到了工程设计要求,曲轴最危险部位的寿命次数也达到了1013以上,认为曲轴不会发生疲劳破坏。     

曲轴硅油减振器匹配计算

在曲轴已经定型的条件约束下,通过建立发动机曲轴当量系统模型,进行曲轴扭转振动的计算分析来匹配设计硅油减振器,保证曲轴自由端共振振幅及轴段扭振应力低于许用值,确保曲轴运转安全、可靠。最后通过试验验证匹配计算的准确性。