曲轴强度模态分析报告

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建模及强度分析报告

1.建模及强度分析目的1)正确将三维CAD图导入分析软件；2)修改不必要的细节，使网格剖分更均匀；3)根据计算机的计算能力，选取适当的单元剖分网格；4)正确施加载荷和边界条件；5)完成强度分析；2.模型参数1）平衡块参数2）曲轴材料3）曲轴载荷－－连杆对曲轴的作用力4）载荷及其作用方向，如图5）曲轴上载荷的分布沿曲柄销轴线为抛物线分布沿轴颈径向为余弦分布3.具体操作过程：1)首先将三维CAD 图导入ANSYS 分析软件，进行相关参数的设置；2)其次进行网格的划分，由于电脑配置问题，本次划分的网格较为稀疏，划分后网格数量为27009个；3）在模型上加相应质量块，目的是用来平衡模型，降低模型旋转惯性，根据需求，本次施加了12个质量为10.44kg 的质量块；)11(16922x L LR Q q c y -=)2/3cos(θθxx q q =6060≤≤-θ4）对模型进行静态分析，根据计算结果找出最大应力位置，与考核标准进行对比分析；5）进行模态分析。

4.静力分析结果1）静力分析整体如图：2）最大应力处于主轴颈处，如图：3）其他主轴颈处应力如图：5.模态分析结果1）曲轴的前6阶模态的固有频率2）前6阶模态振型如图（a）一阶模态振型（b）二阶模态振型（c）三阶模态振型（d）四阶模态振型（e）五阶模态振型（f）六阶模态振型6.总结本次实验综合运用了CAD与ANSYS软件对曲轴进行了静力分析与模态分析。

通过静力分析与计算，得出曲轴的许用应力最大值；通过模态分析计算求得了曲轴的自由振动模态的固有频率和振型，前6阶模态的固有频率从 146.13到587.66，随着频率的增大，通过曲轴的模态振型图可知，在曲轴的振动过程中，曲轴的变形越来越大。

预计在变形达到一定程度时，曲轴将出现破坏现象。

同时，通过模态分析，得到曲轴变形最大的位置和最可能出现破坏的地方，为以后的优化设计奠定了基础。

建模及强度分析报告2016.10。

发动机曲轴强度分析

新方案一 2.21 2.35
新方案二 2.22 2.41
新方案三 1.95 2.18
4 分析结论
4.1 强度
从表 3 可以看出，压工况下新方案一曲轴的应力比现生产应力要稍高一些，最大增幅 (内圆角)为 18%(45Mpa)，新方案二较新方案一曲柄销增大了 3mm(增大 3.6％)，但外圆角应力几乎没有改变，内圆角应力略有降低(8Mpa，降 2.8％)，说明增加曲轴的曲柄销直径对降低圆角的应力水平效果较小；新方案三与新方案一相比圆角半径减小 0.5mm(减小 9％)，外圆角应力增大 14.5%(42Mpa)，内圆角应力增大 7.9％(23Mpa)，说明曲轴内、外圆角半径对圆角的应力水平影响显著，圆角的应力水平与圆角半径成反比。
nσ
=
σ
aka
(
σ −1 βεσ )
+ ϕσ σ
m
kσ =1.0。
β=1.3。
-5-
（1）
2006 年 MSC.Software 中国用户论文集
εσ=0.64
ϕσ
=
2σ −1 − 1.5σ −1 1.5σ −1
= 0.33
考虑到多缸发动机曲轴一般扭转振动以及动载荷对曲轴的冲击作用将增大曲轴应力。
因此，再引用动力强化系数 λd 和动荷系数 C 修正原有的安全系数 nσ ：
4.2 安全系数
一般钢曲轴的安全系数大于 1.5 即可，从表 5 可以看出，新设计曲轴各方案的安全系数均已达到曲轴设计所规定的许用范围之内，但略小于现生产。
5 参考文献
[1] MSC Nastran Quick Reference Guide[k]. [2] 陆际清，沈祖.汽车发动机设计[M]. 北京：清华大学出版社，1993.

曲轴轴系的结构强度分析与疲劳寿命估算_朱永梅

Journal o f Mechanical Strength2010, 32( 6) : 1018- 1021p 研究简报 p曲轴轴系的结构强度分析与疲劳寿命估算XANALYSIS OF STRUCTURAL STRENGTH AND PRED ICTION OF FATIGUE LIFEFOR CRANKSHAFT AND LINK MEC HANISM朱永梅X X 王明强刘艳梨( 江苏科技大学机械工程学院, 江苏镇江 212003)ZHU YongMei WANG MingQiang LIU YanLi( School o f Mechanical Enginee ring , Jiangsu Unive rsity o f Scie nce and Tec hnology , Zhenjiang Jiangsu 212003, China )摘要将多柔体动力学方法引入到曲轴计算中, 建立发动机曲轴轴系的动力学仿真模型, 对曲轴轴系进行刚柔耦合多体运动学和动力学仿真, 为下一步疲劳寿命计算提供可靠的载荷条件; 然后, 从曲轴所受的载荷中找出三个载荷比较大的时刻, 计算得到其相应时刻的应力和应变分布规律, 找出曲轴受力的危险部位, 为曲轴的动态强度分析提供数据; 最后, 结合 Ansys 有限元分析软件和柯顿- 多兰( Certon - Dolan) 理论, 估算连杆疲劳寿命, 同时分析多级载荷加载次序对疲劳寿命的影响, 为零部件的主动寿命设计提供参考数据和理论判据。

关键词强度疲劳寿命动力学曲轴轴系中图分类号 TH123. 3 AbstractIntroducing mult-i flexib1e body dynamics to crankshaft computing, a dynamics simulation model of crank and linkmechanism of an engine is built. Based on the rigid and flex coupled model, ADAMS( automatic dynamic analysis of mechanical sys - tems) is used to do a kinematics and dynamic simulation to get dynamic loads. It also provides a reliable characteristic for the body v-i bration noise of next step. Then the bigger loads of three moments are identified from all loads. The distribution law of the stress and strain of correspondi n g moment are achieved and its dangerous parts are found to offer date of dynamic strength analysis. At las t, com - bining the Ansys and the theory of Certon -Dolan, the fatigue life of the link is calculated and the affection of loading order of multilevel loads to fatigue life is analyzed in detail, which have provided the referenced data and the theory of criterion for reliability desi g n.Key words Strength; Fatigue life; Dynamics; Crankshaft and link mechanismCor res pon ding autho r : Z H U Yong Mei , E -mail : zymtt @ 163. com , Tel : + 86- 511- 84401198, Fa x : + 86-511- 84402269 The project supported by the Shipbuilding Industry Defense Technology Pre - research Foundation of China ( No . 07J2. 3. 2) . Manuscript received 20090722, in revi s ed form 20090908.引言曲轴轴系是发动机的主要组件之一, 其动力学特性对发动机的工作可靠性、振动、噪声等有较大影响。

发动机曲轴静态性能和模态分析

曲轴７
．
ｙ
表２发动机的连杆轴颈载荷表（・１１．他：Ｎ／ｍｍ）
转角
代号
５
Ｉ２７．５
Ｐｂ
２４７．５
Ｐｃ
３６７．５４８７．５
ＰｄＰｅ
６０７．５
Ｐｆ
Ｐａ
Ｍｏｄｅｌｅｒ模块，根据草图中的几何结构尺寸，直接建立
小艾所述曲轴的材料的机械特性见表１。
表１曲轴的材料的机械特性
弹・馍量
设备正常拧紧功能。为防止再次出现此类漏拧紧的发动机｝皮放行，任ＰＬＣ程序中增加如果４个缸同一拧紧轴最终拧紧力矩相同，设备报警且不放行的功能。
观察扳手控制器屏幕，其力矩和角度一直显示为第３缸
拧紧后结果，同时右上角一直显示 “ ０／０ ”。
贝０会使有限元的网格非常密，大大增加ｒ节点方程的个数，继而增加了数据准备的工作量和计算机求解时
析方法对曲轴整体模型进行了应力和变形分析，从而
确定了曲轴的最大受力部他和最大变形部位。然后又
对单拐模型进行了应力应变分析。最后，对曲轴进行
终导致故障的发生。
量，才能防患于未然。
在很多时候，我们所能看到的可能只是问题的表象，隐藏在背后的真相需要我们从表象中层层削析，
才能发掘出产生问题的根本原因。
采取的措施
针对已发现的ＰＬＣ拧紧结果读取错误及扳手通讯卡

发动机曲轴疲劳强度的三维有限元分析

Abstract: For a comprehensive study on the factors affecting of the engine crankshaft fatigue strength, finite element model of the engine power system is set up in the paper. According to the state of the actual job conditions, the stress and deformation of the crankshaft are computed by the finite element method in a variety of load and displacement boundary conditions. The results of the crankshaft are compared with the test data. The results show that such model has good practical value engineering for the crankshaft fatigue strength analysis and provides a new idea for the study. Keywords: crankshaft; fatigue strength; finite element
第2期
姚海南：发动机曲轴疲劳强度的三维有限元分析
121
nσ =
σ −1 ε σ βσ
kσ
σ α + ϕσ σ m
，nτ =
τ −1 ετ βτ
kτ
τ α + ϕτ τ m

曲轴组扭振与强度分析

曲轴组扭振与强度分析曾小春¹ 李一民²1.江铃汽车股份有限公司发动机开发部，南昌，3300012.浙江大学车辆工程研究所，杭州，310027摘要：本文运用ABAQUS和Excite PowerUnit软件，对曲轴系进行扭振和强度分析，以便确认轴系是否满足设计要求关键词：曲轴组，扭振分析，强度分析主要软件：ABAQUS, AVL Excite PowerUnit1、计算网格表1 单元类型说明零部件单元类型节点数单元数曲轴8节点六面体100,53286,520飞轮8节点六面体7,6925,532正时带轮8节点六面体760468减振器8节点六面体3,2221,924橡胶层8节点六面体624260共计111,04694,704图1 有限元分析网格2、仿真结果及评价2.1 曲轴的扭振分析通过对整个轴系的自由振动分析，可知曲轴的一、二阶扭转模态频率分别为326.6Hz和574.8Hz。

结合该发动机的工作转速，可划分出整个轴系的临界转速图，通过该图可以识别出各阶模态所对应的共振转速，如图2所示。

由于二阶扭转模态所对应的为幅值相对较小的高谐次的干扰力矩谐量，因此我们重点关注一阶扭转模态所对应的临界转速，从图中我们可以看出5谐次以上的干扰力矩在发动机的工作转速内都将产生扭转共振。

Critical Speeds0.51.52.53.54.55.56.57.58.59.510.511.51000150020002500300035004000S p e e d (r p m )100200300400500600700800Frequency(Hz)12Modes(rpm )图2 临界转速图完成轴系的自由模态分析后，我们将关注曲轴在强迫振动下的响应，也就是分析各个干扰力矩所引起的强迫振动振幅，这直接影响着发动机运转时的安全性。

图3为各谐次干扰引起的各自的曲轴扭振响应及总响应。

0.20.40.60.811.21.41.61.8A n g u l a r D i s p l a c e m e n t (d e g )1000150020002500300035004000Engine Speed(rpm)Order 0.5000(deg)Order 1.0000(deg)Order 1.5000(deg)Order 2.0000(deg)Order 2.5000(deg)Order 3.0000(deg)Order 3.5000(deg)Order 4.0000(deg)Order 4.5000(deg)Order 5.0000(deg)Order 5.5000(deg)Order 6.0000(deg)Order 6.5000(deg)Order 7.0000(deg)Order 7.5000(deg)Order 8.0000(deg)Order 8.5000(deg)Order 9.0000(deg)Order 9.5000(deg)Order 10.0000(deg)Order 10.5000(deg)Order 11.0000(deg)Order 11.5000(deg)Order 12.0000(deg)Synthesis(deg)图3 不同转速下的扭振幅值图从图3中也可以看出总振幅在0.3度以下，完全满足该发动机对扭振振幅的要求。

YT1115型柴油机曲轴疲劳强度分析

文章编号:1000-5080(2001)01-0024-04作者简介:杜发荣(1963-),男,陕西省眉县人,副教授.主要研究方向为现代发动机设计方法.收稿日期:2000-10-18YT1115型柴油机曲轴疲劳强度分析杜发荣1,姬芬竹1,李明辉2,司东宏1(1.洛阳工学院汽车工程系,河南洛阳,471039;2.海南燃气股份有限公司,海南海口,570000)摘要:介绍了利用I 2DE AS 软件的S imulation 功能对Y T 1115柴油机曲轴进行有限元计算。

在确定计算模型时,对曲轴尺寸参数和形状参数没有进行简化,而是采用整根曲轴的三维实体模型,共划分4133个节点,17867个单元。

并同时计算其疲劳安全系数。

针对Y T 1115柴油机曲轴疲劳安全系数偏低,提出了改进意见。

关键词:柴油机;曲轴;疲劳强度分析;有限元法中图分类号:TK 423.3 文献标识码:A0　前言曲轴是柴油机的重要部件之一,其强度和刚度对柴油机的正常运转至关重要。

曲轴强度分析是柴油机设计中的一个关键环节。

由于曲轴的几何形状、边界条件和作用载荷都极其复杂,要想得到精确的计算结果,计算模型的选择极为重要。

传统的截断简支梁法和连续梁法由于作了太多简化,因此难以保证计算精度,有限元法是较好的选择[1]。

如文献[2]用有限元法对曲轴进行了强度分析提出了连续梁法和有限元法结合的方法,文献[3]研究了曲轴各种结构参数变化引起的曲轴弯曲应力,但这些研究工作还存在一些不足之处,如有的计算模型只考虑单一受载情况,忽略了扭矩和惯性力的作用;有的计算把曲轴简化为二维模型等。

而实际曲轴工作时处于复杂受力状态,建模过程中简化不当会使计算结果产生较大误差。

本文首先对曲轴进行了符合实际情况的三维实体有限元建模,模型确定后,为了保证计算精度,单元网格的划分有一定密度,薄弱部分还应进行细分[4～5]。

在此基础上对整根曲轴进行了应力计算,并对曲轴疲劳安全系数进行了校核。

柴油机曲轴强度的三维有限元分析

柴油机曲轴强度的三维有限元分析
曲轴是汽车发动机的核心部件，强度的耐受力是汽车发动机的重要性能指标之一。

随着汽车发动机的发展，柴油机曲轴的强度是汽车发动机比较重要的研究课题。

柴油机曲轴强度的研究主要通过有限元分析来进行，有限元分析是一种计算机模拟技术，可以很好地表示柴油机曲轴的强度。

通过将复杂的多维几何模型转换为有限元数据，可以快速地模拟出柴油机曲轴的强度。

在进行有限元分析之前，必须首先建立柴油机曲轴的三维模型，用于准确表示曲轴的详细几何信息和物理参数，其中最重要的是曲轴的弹性参数。

模型的建立可以通过CAD软件或CATIA软件完成，而且可以很容易地调整和改进曲轴的几何尺寸和物理参数。

接下来，就需要将柴油机曲轴的三维模型转换为有限元模型，有限元模型可以表示曲轴的几何尺寸和物理参数，这也是有限元分析的关键步骤。

在有限元模型的建立中，还要考虑柴油机曲轴的热应力和振动响应的影响，以便更准确地模拟曲轴的强度。

有了有限元模型，就可以灵活地进行有限元分析，开始对曲轴的强度进行模拟。

有限元分析需要指定曲轴的应力状态和荷载情况，根据不同的应力状态和荷载情况，可以分析出曲轴的极限强度和疲劳寿命。

此外，还可以通过有限元分析，更精确地研究柴油机曲轴的热应力和振动响应，以及曲轴的不同部件在受力和受荷的分布情况，这些
将有助于更好地设计柴油机曲轴，提高曲轴的强度和可靠性。

总之，利用有限元分析，可以有效地研究柴油机曲轴的强度，而有限元分析的过程至少包括三维模型的建立，有限元模型的建立和有限元分析，这是实现柴油机曲轴强度可靠性评估的关键环节。

发动机曲轴强度有限元分析

相似文献(10条)
1.会议论文杨正江.周登峰.陈宏强使用LMS QTV进行发动机曲轴扭振试验 2006
本文介绍利用LMS QTV模块对发动机曲轴扭转振动进行测量的一些技术和分析方法。发动机曲轴的扭转振动是轴系振动的一个自然现象。如果轴系扭转振动的固有频率落在发动机工作的常用转速范围内，会引起曲轴的扭转共振，从而引起发动机的振动和噪声，轻则加剧发动机的振动和噪声，重则使曲轴断裂损坏发动机，造成严重事故。因此，对发动机曲轴的扭转振动测量对于汽车行业和发动机行业都是很重要的工作。虽然计算机辅助设计现在已能对发动机曲轴进行模拟计算，但最终仍然需要对发动机的曲轴进行实际扭振测量，并且根据测量结果，判定曲轴的扭振状态是否可以保证发动机安全、可靠性的工作。因此，方便、快捷、准确地测量发动机曲轴的扭转振动的仪器开发，一直是工程技术人员在不断地追求。LMS QTV很好地实现了这一追求。
2010．5
19
发动机曲轴强度有限元分析
作者：作者单位：刊名：
英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
刘志斌，江爱林，姚建军刘志斌,江爱林(三一重工泵送研究院)，姚建军(广西玉柴工程研究院)
中国科技纵横 CHINA SCIENCE & TECHNOLOGY PANORAMA MAGAZINE 2010，""(9) 0次
会议论文发动机曲轴转角信号调制系统的研制开发1999本文介绍了利用增量式光电轴编码器自行研究开发的一套发动机曲轴转角信号调制系统的组成工作原理并对其在发动机测试技术领域内如何实现四种程发动机上止点的判别校正瞬时转速的测量及判定转速方向以消除扭振影响倍频以提高测量精度等特殊功能进行了具体阐述
科学技术
发动机曲轴强度有限元分析

曲轴的疲劳和模态分析

K —— 曲轴有效总不均匀度系数。由于曲轴圆角应力的增高是两个因素造成的, 一是半径过小造成局部应力提高; 二是曲柄形状复杂造成的应力不均匀。圆角形状系数可用两个系数的乘积表示: ∃P = ∃1 ∃2
∃p ——圆角弯曲形状系数, 由公式求得 ∃p = 1. 770 2 ∃1—— 因圆角半径过小引起的固有应力集中系数, 查参考文献[ 6] 得到 ∃1= 2. 2 ∃2——总应力不均匀度系数, 由下式确定:
∃2 = ∃p / ∃1 = 0. 805 这里近似取: K = ∃2= 0. 805
n=
-1
Kk !∀
a+
#
m
=
240. 23
69.
91
×
1. 1.
55 45
× ×
0. 0.
8 05 7 02
+
0. 333 3 × 36. 92
= 2. 45
考虑到多缸发动机曲轴一般扭转振动以及动载荷
r
2=
2. 1 ×
60 192
×(1
+
0. 3125) × 0. 06
×
(
2
800 × 60
2
)2 =
333 3. 4 N
( 2)
Pr2 =
mjz ( 1 +
R L
)
r
2=
1. 83 × 1. 312 5
×
0.
06
×
(
2800 × 60
2
)2 =
12390. 1 N
( 3)
3) 连杆大头的旋转惯性力 P r 3:
2003 年第 5 期
·25·
设计与计算

整体曲轴疲劳强度与自由模态有限元分析

整体曲轴疲劳强度与自由模态有限元分析吴武辉，黎水平（武汉理工大学机电工程学院，武汉 430070）wuwuhui-123@摘要：非整体曲轴有限元模型与曲轴实际工况载荷模型存在较大差异，这使得曲轴的静、动态特性分析出现很大的误差。

为此，本文建立了整体曲轴的有限模型，对曲轴的疲劳强度与自由模态进行了分析。

与非整体曲轴模型相比，整体曲轴的有限模型更真实地反映了曲轴的静、动态特性，为曲轴的优化设计提供了有价值的理论依据。

关键词：整体曲轴；疲劳强度；自由模态；有限单元法中图分类号：TK423 文献标识码：A 文章编号：0前言曲轴是内燃机中最重要的运动部件之一，在工作过程中，它同时受到周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心惯性力以及扭转惯性力引起的弯曲、扭矩的作用；此外，曲轴复杂的结构使得其所受应力分布极不均匀。

因此，发动机的可靠性和寿命对其静、动态特性提出了很高的要求[1]。

而曲轴的静、动态特性与其最大应力分布、弯曲变形，固有频率及振形密切相关。

所以，如何准确地得到最大应力、最大变形及其位置分布以及曲轴的固有频率和振形，对曲轴的优化设计具有重要的指导意义[2]。

由于非整体曲轴有限元模型与曲轴实际工况载荷模型存在较大差异，这使得曲轴的静、动态特性分析存在很大的误差。

为此，本文采用有限单元法，通过ANSYS有限元分析软件建立CA6102发动机整体曲轴的三维有限模型，对整体曲轴的静态特性与自由模态进行了分析，得出了最大应力、最大变形及其位置分布以及曲轴的固有频率和振形，并对其进行了疲劳校核，为曲轴的优化设计提供了有价值的理论依据，同时也为下一步的动力学分析奠定了基础[3]。

1整体曲轴有限元模型的建立曲轴三维有限元分析采用的计算模型一般有三种[1]，其特点如表1所示，由于整体曲轴模型较其它两种模型的计算精度要高，所以本文研究采用整体曲轴进行分析计算。

本文分析选用的CA6102发动机曲轴主要尺寸为：主轴颈直径为80mm，连杆轴颈直径为65mm，全长为1026mm，材料为42CrMoA。

曲轴滚压力与疲劳强度分析

曲轴滚压力与疲劳强度分析作者：黄中顺蒲鹰邓玉婷来源：《时代汽车》2020年第13期摘要：曲轴是发动机的核心零部件，在发动机工作过程中它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。

因此要求曲轴有足够的强度和刚度，随着国内市场对小排量、增压发动机性能的要求不断提高，曲轴结构在轻量化的同时也要求具有较高的疲劳强度，而对强度影响最大的就是曲轴的强化方式及参数，因此，研究曲轴的滚压力与疲劳强度的关系是每个新型号曲轴开发过程中必不可少的一项工作。

关键词：曲轴滚压力疲劳强度本文通过对我公司目前加工的一款小排量发动机曲轴采用不同滚压力进行试验，以验证滚压力对曲轴疲劳强度的影响，该款曲轴排量为1.0T，材料为球墨铸铁QT700-2。

在开发阶段，采用了四组不同的滚压力对曲轴的主轴、连杆圆角沉槽进行滚压，同时记录过程相关的数据，以方便进行后期工艺参数的确定和强度的分析。

1 曲轴的主要工艺流程该款曲轴主要的工艺流程为：采用数控车床进行粗、精车主轴颈及滚压沉槽——铣床进行外铣连杆颈外圆及开档——数控车床车削连杆颈外圆及滚压沉槽——加工中心钻曲轴油孔并倒角——曲轴滚压设备对主轴、连杆沉槽进行滚压——数控磨床对曲轴主轴、连杆进行磨削——数控磨床磨削两端——加工中心加工两端螺纹孔——曲轴动平衡——轴颈外圆抛光——清洗、检查、包装。

在滚压工序，主轴颈采用恒定压力进行滚压，而连杆颈采用变压力进行滚压，在连杆内侧240度內为高压力滚压区域，在连杆高点方向120度内则为低压力滚压区域，由于曲轴自身的结构影响，在内侧平衡块厚度较厚，而连杆顶部的两侧平衡较薄，采用这种变压力进行滚压目的是保证连杆开档宽度均匀，而曲轴在工作过程中，受各种冲击力大的危险区域在内侧，因此同侧的压力必须保证。

2 曲轴强化方式分析小排量发动机曲轴目前普遍采用的强化方式主要有：圆角滚压、圆角淬火、整体氮化，圆角滚压强化方法就是在滚轮的压力作用下，在主轴、连杆的过渡圆角沉槽区域形成一条滚压塑形变形带，产生了残留应力，可与曲轴在工作时的拉应力相抵削或部分抵消，从而达到强化效果方式，在国内目前小排量球铁曲轴上应用十分普遍，采用该方式强化后，曲轴的寿命可以提高百分之八十以上，这种工艺已经较为成熟，可以采用进口或国产设备都能实现加工，加工的经济性好。

水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析

水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析在飞机发动机中，曲轴是一个非常重要的部件，它承载着活塞的工作力，并将其转化为满足飞机飞行需要的动力输出。

为了确保曲轴的可靠性和稳定性，对其进行模态分析是非常必要的。

本文将介绍水平对置四缸航空活塞发动机曲轴的模态分析。

1. 曲轴的结构特点水平对置四缸航空活塞发动机曲轴是一种具有特殊结构特点的曲轴，在设计过程中需要考虑到飞机的振动环境、重量和强度等因素。

该曲轴的分析将有助于优化结构设计，提高飞机发动机的性能和可靠性。

2. 模态分析的意义模态分析是一种分析结构振动特性的方法，它可以帮助工程师了解结构的振动模态、特征频率和振动模式，以及结构在不同模态下的振动情况。

通过模态分析，可以找到结构的振动薄弱环节，提高结构的设计质量，减小振动影响，保证结构的安全性和可靠性。

3. 模态分析方法在进行曲轴的模态分析时，一般可以采用有限元分析方法，将曲轴的几何模型分割成有限个单元，利用有限元分析软件对结构进行模态分析。

通过对结构的有限元模型进行悬挂、激励等条件的加载，计算并分析结构的振动特性，得到结构的模态频率、模态形状和振动模态等信息。

6. 结构优化和改进基于模态分析结果，可以对曲轴的结构进行优化和改进，以提高其性能和可靠性。

可以采用改变结构材料、增加结构支撑、调整结构几何形状等方法，减小结构在振动环境下的应力和变形，降低结构的振动影响，保证结构的安全性和可靠性。

7. 结语水平对置四缸航空活塞发动机曲轴的模态分析是保证飞机发动机性能和可靠性的重要工作。

通过模态分析，可以了解曲轴的振动特性，找到结构的振动薄弱环节，进行相应的结构优化和改进，提高曲轴的性能和可靠性。

希望本文的介绍能够对相关领域的工程师和研究人员有所帮助。

水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析

水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析【摘要】本文主要对水平对置四缸航空活塞发动机曲轴的模态分析进行了研究。

在介绍了研究背景、研究目的和研究意义。

在首先对曲轴结构及其重要性进行了介绍，然后详细阐述了模态分析方法和实验设计，接着对实验结果进行了分析并展开了讨论。

在总结了研究成果，展望了未来研究方向，并探讨了该研究的意义和应用前景。

通过本文的研究，可以更好地了解水平对置四缸航空活塞发动机曲轴的特性，为进一步优化设计和改进工艺提供参考，具有重要的理论和实践价值。

【关键词】水平对置、四缸、航空活塞发动机、曲轴、模态分析、结构、实验、结果分析、讨论、总结、展望、意义、应用。

1. 引言1.1 研究背景水平对置四缸航空活塞发动机是航空发动机中常见的一种类型，具有结构简单、功率高效等优点。

曲轴作为发动机的关键部件，对发动机的稳定运转和性能起着至关重要的作用。

对水平对置四缸航空活塞发动机曲轴的模态分析具有重要意义。

随着航空业的快速发展，对航空发动机的性能要求越来越高，对曲轴的设计与优化也变得日益重要。

通过对曲轴的模态分析，可以了解曲轴在工作过程中的振动情况，为进一步优化设计提供依据。

本研究旨在对水平对置四缸航空活塞发动机曲轴进行模态分析，探究其振动特性，为进一步优化曲轴设计提供参考。

通过深入研究曲轴的结构及其重要性，运用合适的模态分析方法，设计合理的实验方案，结合实验结果进行分析和讨论，最终总结研究成果并展望未来的研究方向和应用前景。

1.2 研究目的本研究旨在通过对水平对置四缸航空活塞发动机曲轴的模态分析，探索其振动特性及工作状态下的影响，以提高发动机的性能和可靠性。

具体目的包括：1. 分析曲轴结构的动态特性，了解曲轴在工作过程中的振动情况，为进一步优化设计提供依据；2. 探讨曲轴的模态分析方法，验证该方法在航空活塞发动机上的适用性和精度；3. 设计模态分析实验方案，通过实验获取曲轴的振动模态数据，并对数据进行分析和解释；4. 分析实验结果，总结曲轴在不同工况下的振动特性，为解决发动机运行过程中出现的振动问题提供参考；5. 就研究结果进行讨论，探讨如何进一步优化曲轴设计，提高发动机性能和可靠性。

曲轴强度模态分析报告

柴油机曲轴ANSYS计算报告蔡川东:20114541目录1摘要32workbench高级应用基础32.1接触设置 (3)2.2多点约束MPC (4)3模型介绍53.1模型简化 (5)3.1.1轴瓦建立 (6)3.1.2质量块建立 (6)3.2材料性能和参数 (7)3.3有限元模型构建 (7)4强度分析94.1理论简介 (9)4.2载荷工况 (9)4.3计算分析 (11)5模态分析125.1理论简介 (12)5.2约束条件 (12)5.3计算分析 (12)6结果与讨论131摘要曲轴是柴油机中最重要的部件之一，也是受力情况最复杂的部件，他的参数尺寸以及设计方法在很大程度上影响着柴油机的性能和可靠性。

随着柴油机技术的不断完善和改进，曲轴的工作条件也越来越复杂。

曲轴设计是否可靠,对柴油机使用寿命有很大影响，因此在研制过程中需要给予高度重视。

因此，对曲轴的结构进行强度分析在柴油机的设计和改进过程中占有极为重要的地位。

此外，在周期性变化的载荷作用下，曲轴系统可能在柴油机转速范围内发生共振，产生附加的动应力，使曲轴过早的出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏，因此有必要对曲轴进行动态特性分析以获取其固有频率避免共振带来不良影响。

本文以六缸柴油机的曲轴为对象，计算分析了曲轴在一种载荷工况下的强度分析，找出其最大应力所在位置，以及讨论起是否在参考安全范围内，为曲轴设计中的强度计算提供一种可行性方案。

同时对曲轴进行模态分析，找出其各阶固有频率，并观察其各阶模态形状，为柴油机避免共振提供数据参考。

实验采用有限元法对曲轴进行分析，有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，是分析各种结构问题的强有力的工具，使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。

本文利用曲轴的三维模型IGES文件，导入Workbench中进行工况设计。

比较准确地得到应力、变形的大小及分布和曲轴的固有频率及振型。

2workbench高级应用基础2.1接触设置(1)接触问题属于不定边界问题，即使是弹性接触问题也具有表面非线性，其中既有由接触面积变化而产生的非线性及由接触压力分布变化而产生的非线性，也有由摩擦作用产生的非线性。

曲轴静力分析和模态分析

网格划分对分析的影响
全部采用FREE网格同采用部分SWEEP网格的对比 3.节点平均等效应力对比
网格划分对分析结果的影响
全部采用FREE网格同采用部分SWEEP网格的对比 4.各阶模态结果对比
网格划分对分析结果的影响
全部采用Free网格无论在网格划分过程中以及求解计算和后期处理中，都是相当耗费时间的，并且网格划分的效果并不理想。
曲轴静力分析
分析类型选择Static 施加载荷添加位移约束求解计算
曲轴静力分析
求解计算完成后，进入通用后处理器查看结果
网格划分对分析的影响
全部采用FREE网格同采用部分SWEEP网格的对比 1.网格模型比较
网格划分对分析的影响
全部采用FREE网格同采用部分SWEEP网格的对比 2.模型变形对比
课题：曲轴静力分析和模态分析
主要内容
1
2 3
课题意义
曲轴模态分析
曲轴静力分析网格划分对静力影响致谢
4
5
课题意义
1
曲轴是发动机中最重要、
2
课题旨在建立曲轴的三维模型，通过简化载荷和约束，采用有限元分析软件ANSYS对其进行三维有限元分析，研究整体曲轴的变形、应力状况以及振动频率。
曲轴模态分析
模型导入
将保存的IGES标准格式的模型数据文件导入ANSYS中
曲轴的模态分析
网格划分
1.网格密度定义为0.03 2.对于轴对称的体图元进行 SWEEP网格划分 3.对于余下体图元进行FREE 网格划分
分析阶数定义为5阶添加位移边界条件求解计算各阶模态值
1
2
采用SWEEP网格和FREE网格结合，所获得的求解结果更符合实际工况，更能保证曲轴的强度

曲轴设计中受力分析

曲轴设计中受力分析锻压生产在工业生产中占有重要的地位,而在锻压机械中,又以曲柄压力机最多,占一半以上。

用曲柄压力机可以进行冲压、模锻等工艺,广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。

随着工业的发展,曲柄压力机的品种和数量愈来愈多,压力愈来愈大。

曲柄压力机在机械制造业以及其他工业的锻压生产中的作用愈来愈显著。

而曲轴又是压力机的重要部件之一,受力复杂,其强度和刚度对压力机的正常运转至关重要。

曲轴强度和刚度的分析是压力机设计中的一个关键环节。

由于曲轴的几何形状、边界条件和作用载荷都极其复杂,要想得到精确的计算结果,计算模型的选择极为重要。

它的强度是限制滑块负荷大小的主要因素,从而决定了压力机的滑块许用负荷图;曲轴的刚度分析也很重要,如果曲轴弯曲刚度不足,就会大大恶化连杆、滑块等重要零件的工作条件,影响它们的工作可靠性和耐磨性。

一、压力机曲柄曲轴机构的运动规律如图1所示。

要分析曲轴的受力,首先从曲柄压力机的工作原理中去分析。

曲轴旋转时,在每个方向上受力都不同,因此在旋转时既受到拉压力又受到扭矩作用。

二、曲轴的强度分析和受力分析(一)曲轴的强度分析曲轴强度计算的主要工作是曲轴的应力计算,在此基础上计算曲轴疲劳强度。

一般情况下曲轴强度计算可以用经验算法或者二维有限元算法来校核,其计算结果有一定的参考价值和可信度,但是两种算法结果都难以看到应力随曲轴工作时的变化情况,实际上曲轴工作时处于复杂受力状态,建模过程中简化不当会使计算结果产生较大误差。

在此我们对JB23-63曲柄压力机的曲轴进行三维有限元计算。

(二)曲轴的受力分析曲轴的强度计算所考虑的载荷,从上面曲柄曲轴机构的运动规律图中可以看出,除滑块通过连杆传到连杆轴颈上的力之外,还应考虑曲轴本身不平衡的惯性力,即曲轴是在往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩(扭矩和弯矩)共同作用下工作的,使曲轴既扭转又弯曲,产生疲劳应力状态。

曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。

水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析

水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析曲轴是航空活塞发动机最重要的运动机件。

发动机工作时，燃气压力通过活塞、连杆传递给曲轴，带动螺旋桨和其他附件工作。

曲轴受力复杂，既要承受周期性的燃气传递过来的压力（曲轴转动两圈，各缸燃气爆发1次），还要承受自身质量带来的惯性离心载荷，以及带动螺旋桨、发动机附件的扭矩，且这些载荷会随着飞行阶段的不同而变化，再考虑到振动载荷，容易造成曲轴的结构故障。

曲轴的刚度和强度直接影响到活塞发动机的动力和运转特性，某飞行训练单位的初教机所配装的水平对置四缸航空活塞发动机在使用过程中，就曾经出现过曲轴配重块因为轴系扭转振动而导致断裂掉块的严重故障，造成发动机空停。

本文选取某水平对置四缸航空活塞发动机的曲轴为分析对象，基于ANSYS Workbench软件平台进行固有模态分析，以期发现该曲轴固有振动的规律，为后续结构分析和排故提供依据。

1 分析对象和有限元建模选取某水平对置四缸航空活塞发动机的曲轴为分析对象，该航空活塞发动机是国内主流的飞行员训练机型配发，基于有限元软件平台ANSYS建立起三维有限元模型，并进行模态分析。

提取曲轴结构尺寸参数，在ANSYS Workbench的DM模块中建立曲轴的三维实体模型。

结构总体特征可见图1所示，曲轴从前往后：螺旋桨安装法兰盘，第一个主轴颈，1号和2号汽缸的曲柄，第二个主轴颈，3号和4号汽缸的曲柄，第三个主轴颈（轴尾）。

为方便网格划分，在几何建模过程中，省略了对模态分析影响不大的轴颈与曲臂、轴颈与螺旋桨安装法兰盘之间的倒角、倒边等细小结构。

取曲轴材料为40Cr，其材料常数见表1所示。

网格划分时，曲臂部分采用Tet 10单元，曲臂和主轴颈、曲颈的连接部位采用Pyr 13单元，主轴颈和曲颈采用Hex 20单元，主轴颈和曲颈的边缘部分采用Wed 15单元，最后，该曲轴共划得436 272个单元，899 774个节点。

实际发动机中：一方面，曲轴主轴颈和滑动轴承之间依靠压力油膜进行润滑，本文分析对象受三个滑动轴承支撑，因此在其有限元模型中，将曲轴上对应这三个滑动轴承的主轴颈表面施加径向对稱约束，即无摩擦约束（frictionless support）;另一方面，使用止推轴承防止曲轴的轴向串动，而曲轴在受热膨胀时又有一定的轴向伸长量，所以有限元模型中，只在轴尾后表面施加轴向位移约束。