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本文通过有限元分析软件ANSYS对发动机曲轴进行三维有限元分析，了解曲轴的变形和应力状况，校核该曲轴在交变载荷下的疲劳强度，为曲轴改进设计中的结构分析提供理论依据；较准确地得到交变载荷作用下发动机曲轴的应力、变形的大小及分布，校核其疲劳强度，对于指导曲轴的优化、改进设计具有重要意义。0引言：曲轴是内燃机中最典型，最重要的零件之一，其功能是将活塞连杆组传递来的气体压力转变为转矩，作为动力而输出做功，驱动其它工作机构，并带动内燃机辅助装置工作。曲轴在工作中承受周期性变化的气体压力，运动质量惯性力和其它力矩的共同作用，承受交变载荷，并受到扭转和纵向振动所产生的附加应力作用，易于造成疲劳破坏。同时，由于曲轴形状复杂，应力集中严重，且在应力集中处曲轴的应力分布极不均匀，易产生大小和性质不同的疲劳应力。面临上述问题，在设计阶段必须找出切实可行的手段。因此如何较准确地得到交变载荷作用下发动机曲轴的应力、变形的大小及分布，校核其疲劳强度，估算其疲劳寿命，对于指导曲轴的优化、改进设计具有重要意义。采用先进的有限元工具和合理的计算条件对发动机曲轴进行分析，是目前车用发动机生产厂家迫切需要的。1有限元法及ANSYS简介：有限元法（FiniteElementMethod，简称FEM）是一种数值离散化方法，根据变分原理求其数值解。因此适合于求解结构形状及边界条件比较复杂，材料特性不均匀等力学问题，能解决几乎所有工程领域中各种边值问题。随着电子计算机的发展，有限元分析方法已经成为疲劳强度分析和寿命预测的主要辅助工具。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。2.发动机曲轴连杆机构的组成及受力分析：曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。曲柄连杆简图见图1。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。在做功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次做功创造条件。3.曲轴连杆机构的主要参数发动机转速n/min调速率15%连杆轴颈直径58mm主轴颈直径64mm曲柄半径R45mm连杆中心距Lmm连杆比λR/L=0.连杆质心到小头中心距Lmm连杆总质量ML1.25Kg活塞和活塞环总质量Mjz0.65Kg爆发压力12.0MPa活塞缸直径D70mm轴材料的主要特性常数见表1。表1轴材料的主要特性常数4.载荷状况的确定本文研究的发动机为四缸发动机，它的发火顺序为1—2—4—3。根据实际经验来看，曲轴在受到最大爆发压力时的应力和变形最大。这样对于四缸发动机，只需考虑3缸发火状况下活塞处于压缩行程终了，在上止点位置时的受力状况即可。　　曲轴所受到的最大压缩载荷在膨胀冲程上止点F气体+F往复+F旋转=.48N　　曲轴所受到的最大拉伸载荷在进气冲程开始的上止点=F往复+F旋转=.52N5.分析计算（1）建立曲轴的三维模型见图2图2曲轴的三维模型（2）定义单元属性：本文选择第二类单元，10节点的solid92，此单元由十个点定义每个节点有三个自由度节点x、y和z方向位移。并且单元有可塑性、蠕动、膨胀、应力刚化、大变形和大张力的能力。（3）划分网格、定义边界条件、在连杆轴颈上施加载荷、推算出第三缸爆破时各个连杆轴颈的载荷见表2；施加了载荷、约束的曲轴见图3.表2第三缸爆破时各个连杆轴颈的载荷图3施加载荷、约束的曲轴（4）分析结果：曲轴的变形形状图见图4；图4曲轴的变形形状图曲轴位移分布等值线图见图5；图5曲轴位移分布等值线图应变分析：最大变形位于第三连杆轴颈与曲柄的圆角过渡处，其最大值为0.mm。应力分析：应力集中部位在曲柄臂与主轴颈，曲柄臂与连杆轴颈的过渡圆角处，这与实际情况相符合，这些地方连接处的过渡圆角，以及轴颈油孔边缘是应力集中最为严重的部位，是曲轴产生疲劳断裂最危险的部位。强度校核：曲轴静强度安全系数校核，式中为材料的强度极限，该材料的强度极限为MPa；是曲轴危险部分的最大应力，根据曲轴应力分布等值线图，可得到最大应力MPa。所以n=4.85。通常发动机曲轴安全系数[n]≧2-3，所以强度安全系数在许用范围内，曲轴的强度满足要求。曲轴疲劳强度安全系数校核=85.25MPa，=.75MPa。各个参数如下：=.2MPa，，，，将上述数据代入公式中得到nσ=5.32。所以该曲轴的疲劳强度满足要求。结论：通过ANSYS分析，应力集中部位在曲柄臂与主轴颈，曲柄臂与连杆轴颈的过渡圆角处，这与实际情况相符合，这些地方连接处的过渡圆角，以及轴颈油孔边缘是应力集中最为严重的部位，是曲轴产生疲劳断裂最危险的部位。曲轴最大等效应力远低于曲轴材料屈服强度,曲轴疲劳安全系数满足曲轴设计要求。

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