曲轴疲劳强度分析

图 ３ 曲 轴 三 维 模 型
图４ 曲轴 有 限 元 网格 模 型
２ ． ２ 强 度 和 刚 度 分 析 结 果
由有 限元 软件分 析可 得到 曲轴 等效应 力 云图 和等 效 位 移云 图 ， 如图 ５ 、 图 ６所示 。由 图 ５中 可 知 ， 曲 轴 最大 应力 为 １ ８ １ ． ２ ＭＰ ａ ， 发生在 曲轴 支 承颈处 ， 远远 小 于其 材 料许 用 应 力 ４ ６ ０ ＭＰ ａ ， 强 度 满 足要 求 。由 图 ６
２ ０ １ ７ 年第 １ 期
王 军领 ， 等： 曲轴 疲 劳 强度 分析
・ ｌ ０ ７ ・
比 】 。
根据 压 力机 冲压 原理 ， 在计 算 中可 以认 为 曲轴 受 静 应力作 用 的应 力 循 环 比 ｒ 一０ ， 即 为恒 定 振 幅 载 荷 。 因计算 中平 均应 力越 大 ， 交 变应 力造成 的损 伤越 大 ， 对 于平 均应力 的处 理方 法 ， 采 用多 重 ｓ —Ｎ 曲线 拟 合 。 由有 限元软 件分 析得 到的 曲轴疲 劳 寿命 和安全 系 数 云 图如 图 ７ 、 图 ８所示 。 由图 ７可 知 ， 曲轴 上 的疲 劳 寿命都 达到 ＿ ｒ ｌ ０ 次 ， 此 数值 已经 完 全 满 足 实 际工 程 中的疲 劳 强 度 设计 要 求 。图 ８中 ， 最 大 安 全 系 数 为 ｌ ５ ， 最小 为 １ ． ０ ６ ， 发生 在 曲轴支 承 颈 处 ， 与等 效 应 力 云 图 ５中应 力最 大值 出现 的位 置 相 同 ， 其 中安 全 系数 数 值 越小 ， 越容 易产生 疲 劳破坏 。
料为 ＱＴ７ ５ ０ — ４ ， 其密度 为 ７ ３ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 ， 弹 性 模 量 为 １ ７ ＿Ｇ Ｐ ａ ． 泊松 比为 ０ ． ２ ７ ， 屈服强 度 为 ４ ６ ０ ＭＰ ａ 。 在 材料 实 际测试 中 ， 将 疲 劳失 效 所需 的 应力 水 平 与循环 次 数 对 应 起 来 ， 绘 制 成 一 条 双 对 数 曲线 ， 称 为 Ｓ～ （ 应力一 寿命 ） 曲线 。材料 ＱＴ７ ５ ０ — ４的 Ｓ—Ｎ 曲 线 如 图 １所示 ， 疲 劳破坏 后 的曲轴 如 图 ２所示 。
Ｊ 曲轴 材 料 属 性 本 文 以双点 压力 机 的 曲轴 为 例进 行 研 究 ， 曲轴 材
根 曲轴 所受 的公 称 力 为 １ ７ ５ ｔ 。由于 机 床 工作 频 率 为 ４ ０次 ／ ｍｉ ｎ ， 旋转 中离 心 力 很 小 ， 因此 转 速 的 影 响 可 以
忽 略 。
中 图分 类 号 ：ＴＧ ３ １ ５ ． ５： ＴＰ ３ １ ９ ． ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｏ 引 言
随 着生 产技 术 的发 展 ， 压 力 机精 度和 稳 定 性 不 断 提高， 曲轴虽 然在 设计 时满 足 了要求 但 冲压 久 了会 产 牛疲 劳 破坏 ， 其疲 劳破 坏可 分三个 相 互关联 过 程 ， 即裂 纹 产生 、 延 伸 和断 裂 。因此 对 曲轴零 件 的疲 劳 强 度 分 析也 开始 得到 重视 ， 本 文正是 以此 为 出发点 ， 研究 机 床 曲轴 的疲 劳强 度 。
ｌ ｇ Ｎ
收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ — ０ ６ — ０ ３ ；修 订 日期 ：２ ０ １ ６ — １ ２ — ０ ３
作 者 简 介 ：王 军 领 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男 ，河 南 商 丘 人 ，工 程 师 ，硕 士 ，从事 机 械结 构 自动 化 设 计 等 方 面 的 工 作 。
小值 ， 曲轴 就有 可能 开始 发生疲 劳裂 纹 的风 险 。 由有 限元软 件分 析得 到 的超负 荷下 曲轴 的 累计 损 伤 和安 全 系 数 云 图如 图 ｌ ３ 、 图 １ ４所 示 。 由 图 １ ３可 知， 在超 负荷 下 曲轴 累计损 伤最 大 为 ７ ． ３ ， 此值 远 远 大 于 １ ， 可 以认 为 已 经 发 生 疲 劳损 伤 破 坏 。 由 图 １ ４可 知， 最小 安 全 系 数 为 ０ ． ６ ６ ５ ， 出现 在 曲轴 支 承颈 处 ， 与 疲 劳寿 命最小 值 出现 的位置 相 同。
图 １ ３ 超 负 荷 下 曲 轴 累 计 损 伤 云 图
曲轴疲 劳 ຫໍສະໝຸດ Baidu度 分 析
王 军领 ，詹 俊 勇 ， 曹镇 游 ，仲 太 生 ， 罗素 萍
（ 扬 力 集 团股 份 有 限 公 司 项 目科 ，江 苏 扬州 ２ ２ ５ １ ２ ７ ）
摘 要 ：建 立 双 点 压 力 机 曲轴 的 三 维模 型 ，通 过 有 限 元 软 件 对 其 进 行 强度 和 刚度 分 析 ，为 疲 劳分 析 做 准 备 。 再 根 据材料 Ｑ Ｔ７ ５ ０ —４的 ｓ — Ｎ 应 力 寿命 曲线 ，对 曲轴 进 行 疲 劳 强 度 分 析 ，计 算 出 曲轴 的疲 劳寿 命 和 累计 损 伤 等 ， 同 时对 曲轴 在 无 限 寿 命 下 和 超 负 荷 工 况 下 的疲 劳 强度 进 行 分 析 对 比 。通 过 不 同 的 工况 ，对 曲轴 的 受 载进 行 分 析 ，为 曲轴 的设 计 提 供 全 面 参 考 ，减 少 繁 琐 的疲 劳试 验 ，节 约 设 计 成 本 。 关 键 词 ：疲 劳 强 度 ； 安 全 系 数 ； 曲轴 ；Ｓ — Ｎ 应 力 寿 命 曲线
第 １期 （ 总第 ２ ０ ０期 ） ２ ０ １ ７年 ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥＣＨ ＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴｌ （ ） Ｎ
Ｎｏ．１
Ｆｅ ｂ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ １ ０ ６ — ０ ２