关于某发动机曲轴结构变更的强度分析.pdf

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1、第33卷第3期2016年6月内燃机与动力装置I．c．E＆Powerpl粕tV01．33No．3Jun．2016【模拟计算】关于某发动机曲轴结构变更的强度分析余小松(胜利油田胜利动力机械有限公司，山东东营257032)摘要：本文通过采用有限元分析软件ANsYSWorkbench对某12缸V型发动机曲轴进行结构强度分析，得出该曲轴曲柄销过渡圆角和曲柄臂结构更改前后的应力分布、变形情况，并进行静载安全系数和疲劳安全系数校核比较，确定改进后曲轴可靠性得以提高。关键词：曲轴；ANSYSworkbench；静载安全系数；疲劳安全系数中图分类号：TK432文献标志码：A文章编号：

2、1673—6397(2016)03—0050—05StrengthAnalysisofStmcturalMom6cationofanEngimC阳nksh世YUXiao—song(Shen甜iOilFieldShendiPowerMachineryGfoupCo．，Ltd．，Dongying257032，China)Ak缸越t：Thispapercarriedoutthestmcturalstren殍hanalysisofa12cylinderV—typeen舀necmkshaftbyusingtIlefiniteelementanalysissoftwareANS

3、YSWorkbench，obtainingtheinfo册a—tiononstressdistributionanddefo珊ationbeforeandafterthestlllctureofthecrankpinfiUetofthecrankshaftandthecrankaHnarechanged，andcomparingthestaticsafetyfactorandthefatiguesafety．Thismodi6cationimproVesthereliabilityofthecrankshaft．KeyWords：Cranksh址；ANSYSWork

4、bench；StatickadS出tyFactor；FatigueSafetyFactor引言曲轴是发动机核心部件之一，工作时受各缸爆发压力持续冲击。而曲轴曲柄销与曲柄的过渡圆角作为曲轴上的一个应力集中部位，其表面强度和加工工艺都非常重要。为了提高该位置圆角的抗疲劳强度，某12缸V型发动机曲轴将该位置圆角的加工工艺由磨削改为滚压，同时更改曲柄销过渡圆角和曲柄臂结构。利用有限元分析软件计算更改前后曲轴应力分部情况和曲柄变形情况，并比较应力最集中部位疲劳安全系数，以确定该结构更改是否可行。1计算工况1．1最大爆发压力工况利用有限元分析软件ANSYSWorkbench，对

5、两种结构的曲轴在最大14MPa气缸爆发压力、1000r／lllin转速工况下进行有限元计算分析，如表1。得出最大爆发压力工况下各自应力分布和变形情况。表1计算工况1．2最大惯性力工况利用有限元分析软件ANSYSWorkbench，对两种结构曲轴在最大1500r／min转速工况进行有限元计算分析，如表1，得出最大惯性力工况下各自的应力分布和变形情况。作者简介：余小松(1982一)，男，湖南衡阳人，本科，工程师，主要从事工作为燃气发动机研究与开发。收稿日期：2016一01—162016年第3期余小松：关于某发动机曲轴结构变更的强度分析·51·2曲轴有限元计算模型建立由于

6、该曲轴的各单拐具有结构的对称性，计算模型可以采用第一、二、三拐三个完整的单拐，选取中间拐(第二拐)为最大爆发压力工况和最大惯性力工况主要载荷施加的位置。参照该12缸V型发动机曲柄连杆机构的运动学、动力学计算分析结果，选取第二拐上右2缸爆发时作为最大爆发压力工况、最大惯性力工况载荷施加的部位，故此以第二拐为计算考察对象。为方便边界条件添加，分别建立了机体隔板、主轴承盖、连杆瓦简易模型，并和曲轴模型进行装配。两种曲轴模型和装配模型三维图分别见图1～3，图1原结构曲轴有限元计算模型图2新结构曲轴有限元计算模型图3曲轴有限元计算模型装配图3材料施加和网格划分各部分材料的物理

7、参数如表2。为了控制有限元网格的疏密程度及有利于网格的自动剖分和控制整个有限元模型的计算规模，对不同结构区域设定不同的单元长度，由程序自动进行网格剖分。表2各区材料的物理参数有限元模型的曲轴实体部分，均采用十节点四面体二次单元，机体隔板、主轴承座和连杆瓦等模型因形状规则，采用六面体单元以提高计算的精度。在应力集中严重的主轴颈与曲柄臂过渡圆角处、曲柄销与曲柄臂过渡圆角处采用单元长度为1姗网格，其余部分根据不同的计算要求分别采用不同的单元长度，曲轴网格模型如图4、图5。图4曲轴有限元计算网格模型一图5两种曲轴曲柄销圆角部位的细化网格模型4边界条件根据曲轴的实际工作状