曲轴是柴油机的“心脏”,柴油机工作的可靠性在一定程度上与曲轴的可靠性密切相关,大多数情况下,曲轴的破坏都会导致整台柴油机的损坏报废。曲轴的破坏形式主要体现在弯曲断裂与扭转断裂,这里起决定作用是弯曲破坏。要想保证曲轴可靠性就要从结构、材料和工艺加以改进。球铁曲轴有较好的耐磨性和经济性,采用滚压过渡圆角的形式,使得曲轴过渡圆角有残余应力,从而减小曲轴的在圆角处的弯曲破坏,克服曲轴强度不足的缺点,能够度提高曲轴的强度。为了适应滚压工艺的要求,一般采用带有沉割槽滚压处理。 球铁曲轴加沉割槽往往会加大曲轴的应力集中,根据某厂设计的球铁曲轴,本论文利用有限元分析的方法,对其单拐曲轴的沉割槽进行有限元模拟分析,在分析结果的基础上进行优化设计,最后得出较好的沉割槽结构,从而得到较好沉割结构,提高曲轴的可靠性。 在有限元分析过程中,利用CAD软件PRO/E将曲轴导入HyperMesh中进行网格划分,细化曲轴圆角处,保证了网格的质量和计算的要求,最后曲轴节点数为145481,单元数为131730。在约束处理上改变以往的直接加载在曲轴连杆轴颈上的作法,而是加上简化的连杆和轴承座,利用接触分析来模拟曲轴与轴瓦之间的力的传递,将载荷加在连杆上,从而更贴近实际受力情况,根据Ansys的分析结果,对其进行优化设计。 通过有限元分析和实验比较,最后得出结论:沉割的曲柄,可以通过结构设计来减小应力集中系数,从而达到强化曲轴的效果。