做家：欧阳健

0引言

曲轴是影响柴油机牢靠性最关键的零部件,是柴油机曲柄连杆机构的核心构件及传力件?其功能是把气缸内工质爆燃形成的技能通度日塞连杆组件以来往转动行动的体例输出,不但要接受缸内的气膂力?来往和转动品质惯性力?挽救力等的影响,处于一种陆续交变的受力形态,处境卑劣?其牢靠性和操纵寿命对柴油机牢靠性和平安性有很大的影响?跟着对柴油灵活力学性?牢靠性和经济性请求的持续提升,曲柄连杆机构的核心构件曲轴的办事前提特别刻薄,其强度和刚度的题目变得更为急迫,在策画时务必对曲轴的组织型式?尺寸参数?材料与工艺停止优化,以求赢得最经济最公道产物?

袖珍风冷柴油机因具备适应性强?牢靠性高?易轻量化?便于创造培修等上风,赢得了宽广的应用?但由于风冷柴油机的曲轴热负荷较水冷柴油机更高,对曲轴的策画也提议了更高的请求?曲轴保守的强度谋略办法常常采纳阅历公式谋略法也许曲轴类比策画法,曲轴开头策画达成后,造出曲轴样本再停止实验考证,经过解析尝试数据停止优化改善?跟着电子谋略机技艺的持续进展,保守的策画办法曾经不能餍足商场的请求,采纳当代策画办法改善曲轴的策画已成为今朝最为有用的技艺伎俩?

为此,本文应用solidwork软件成立某轻型风冷柴油机曲轴的研讨模子,用Ansys-Workbench软件停止某轻型风冷柴油机曲轴与连杆的来往应力应变解析,以赢得曲轴的受载变形环境和强度参数,其研讨终归对提升曲轴策画和办事的牢靠性,裁减开采周期,进而提升柴油机曲轴的策画品质,并对柴油机曲轴的改善以及优化策画提议一种牢靠的研讨办法,将对柴油机曲轴品质?功用及寿命的提尚具备急迫的意义?

1谋略模子

1.1曲轴受力解析

图1为曲柄连杆机构简图,O为曲轴转动核心,A为连杆小头与活塞销的铰接点,B为连杆大头与曲轴的铰接点?当曲柄OB以O点为圆心做等速转动行动时,活塞A点沿气缸核心线做来往行动,α为曲柄连杆机构平面行动时曲柄转角,r为转动半径,β为连杆轴线偏离气缸轴线的角度?详细谋略以下:

1.2有限元模子的成立

采纳soildwork软件成立曲轴的三维实体模子,经过ANSYS19中的Workbench停止有限元解析?柴油机曲轴组织形态繁杂,为简化谋略办事量,对曲轴模子做了响应的解决?解决后的曲轴模子中没有均衡重?省略了倒角?油孔?凸台?键槽?罗纹等,有益于更为详细地区分有限元网格,提升谋略效率?曲轴紧要组织参数见表2,曲轴模子如图2所示?

本文所研讨柴油机曲轴材料为QT-3,其材料性格参数如表3所示,采纳的单位类别为Solid,四周体网格单位长度为10mm,实体模子区分网格后,曲轴含有个单位,个节点,曲轴网格区分模子如图3所示?在主轴颈与机体来往面施加圆柱面管理(CylindricalSupport)和无争持撑持(FrictionlessSupport),在解放端止推面施加轴向位移管理,在连杆轴径出施加轴承载荷(BearingLoad),巨细即是曲轴遭到的最大压应力.N?曲轴施加管理和载荷后模子如图4所示?

2有限元解析

图5为曲轴的应力解析终归,由图5可知,在曲轴的连杆轴颈处应力较大,最大应力为76.MPa,远远小于QT--3材料的顺从强度MPa,故曲轴的静强度餍足请求?图6为曲轴的位移云图,由图6可知,在曲轴的连杆轴颈处应变最大,最大应变值为0.mm,属轻微变形,可知曲轴的刚度也是充沛的?

3优化策画

凭借解析曲轴遭到最大应力聚集在主轴颈与曲臂?曲柄销与曲臂衔接处,且最大应力都远小于许用应力?于是赐与进一步的优化策画供给了改善空间,可对曲轴可做尺寸优化,以加重曲轴的品质,低沉成本?将曲臂的直径合适裁减,曲臂的上倒圆角减小,并减小曲臂长度尺寸,将曲轴主轴颈尺寸加大,并削减主轴颈直径?优化后曲轴的品质由原本的即.25g,撙节到如今的即.12g,品质裁减19.28%,体积响应少?

再次经过soildwork软件对新曲轴停止三维实体建模?停止网格区分和施加载荷,优化后加载?管理与优化前维持一致?

图7为曲轴优化后的的应力解析终归,由图7可知,在曲轴的连杆轴颈处应力较大,最大应力为76.MPa,远远小于QT--3材料的顺从强度MPa,故曲轴的静强度餍足请求?

图8为优化后的曲轴应边云图,由图8可知,在曲轴的连杆轴颈处应变最大,最大应变值为0.mm,仍属轻微变形,可知曲轴的刚度也是充沛的?

4论断

经过应用Solidworks对曲轴停止三维建模,并应用有限元解析软件ANSYS停止仿真优化,优化仿真终归声明行使有限元解析软件ANSYS对曲轴停止有限元仿真解析,可赢得较高的牢靠性,对提升曲轴策画效率,提升曲轴功用,低沉曲轴制形成本成绩显然?可自创于对柴油机其余部件参数功用停止模仿解析,对柴油机的优化策画是有很大辅助?

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