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做家：欧阳健

0引言

曲轴是影响柴油机牢固性最关键的零部件,是柴油机曲柄连杆机构的重心构件及传力件?其功效是把气缸内工质爆燃形成的手腕通度日塞连杆组件以来去旋转行动的形态输出,不只要经受缸内的气膂力?来去和旋转原料惯性力?旋转力等的影响,处于一种延续交变的受力形态,处境顽劣?其牢固性和哄骗寿命对柴油机牢固性和平安性有很大的影响?跟着对柴油灵活力学性?牢固性和经济性请求的一直提升,曲柄连杆机构的重心构件曲轴的做事前提越发刻薄,其强度和刚度的题目变得越发重要,在筹划时一定对曲轴的机关型式?尺寸参数?材料与工艺施行优化,以求得到最经济最公道产物?

袖珍风冷柴油机因具备适应性强?牢固性高?易轻量化?便于制作修理等上风,得到了宽泛的应用?但由于风冷柴油机的曲轴热负荷较水冷柴油机更高,对曲轴的筹划也提议了更高的请求?曲轴保守的强度筹划办法时常采取阅历公式筹划法或许曲轴类比筹划法,曲轴开头筹划告竣后,造出曲轴样本再施行实验考证,经过解析尝试数据施行优化革新?跟着电子筹划机本领的一直进展,保守的筹划办法曾经不能餍足商场的请求,采取当代筹划办法革新曲轴的筹划已成为暂时最为灵验的本领本领?

为此,本文应用solidwork软件建树某轻型风冷柴油机曲轴的研讨模子,用Ansys-Workbench软件施行某轻型风冷柴油机曲轴与连杆的来往应力应变解析,以得到曲轴的受载变形情状和强度参数,其研讨了局对提升曲轴筹划和做事的牢固性,淘汰开拓周期,进而提升柴油机曲轴的筹划原料,并对柴油机曲轴的革新以及优化筹划提议一种牢固的研讨办法,将对柴油机曲轴原料?功用及寿命的提尚具备重要的意义?

1筹划模子

1.1曲轴受力解析

图1为曲柄连杆机构简图,O为曲轴旋转重心,A为连杆小头与活塞销的铰接点,B为连杆大头与曲轴的铰接点?当曲柄OB以O点为圆心做等速旋转行动时,活塞A点沿气缸重心线做来去行动,α为曲柄连杆机构平面行动时曲柄转角,r为旋转半径,β为连杆轴线偏离气缸轴线的角度?详细筹划以下:

1.2有限元模子的建树

采取soildwork软件建树曲轴的三维实体模子,经过ANSYS19中的Workbench施行有限元解析?柴油机曲轴机关形态繁杂,为简化筹划做事量,对曲轴模子做了响应的责罚?责罚后的曲轴模子中没有均衡重?省略了倒角?油孔?凸台?键槽?罗纹等,有益于越发详细地区分有限元网格,提升筹划效率?曲轴重要机关参数见表2,曲轴模子如图2所示?

本文所研讨柴油机曲轴材料为QT-3,其材料特征参数如表3所示,采取的单位类别为Solid,四周体网格单位长度为10mm,实体模子区分网格后,曲轴含有个单位,个节点,曲轴网格区分模子如图3所示?在主轴颈与机体来往面施加圆柱面牵制(CylindricalSupport)和无争持撑持(FrictionlessSupport),在自如端止推面施加轴向位移牵制,在连杆轴径出施加轴承载荷(BearingLoad),巨细即是曲轴遭到的最大压应力.N?曲轴施加牵制和载荷后模子如图4所示?

2有限元解析

图5为曲轴的应力解析了局,由图5可知,在曲轴的连杆轴颈处应力较大,最大应力为76.MPa,远远小于QT--3材料的顺从强度MPa,故曲轴的静强度餍足请求?图6为曲轴的位移云图,由图6可知,在曲轴的连杆轴颈处应变最大,最大应变值为0.mm,属弱小变形,可知曲轴的刚度也是充满的?

3优化筹划

遵循解析曲轴遭到最大应力集合在主轴颈与曲臂?曲柄销与曲臂延续处,且最大应力都远小于许用应力?因而予以进一步的优化筹划供应了革新空间,可对曲轴可做尺寸优化,以减弱曲轴的原料,升高成本?将曲臂的直径合适淘汰,曲臂的上倒圆角减小,并减小曲臂长度尺寸,将曲轴主轴颈尺寸加大,并削减主轴颈直径?优化后曲轴的原料由平昔的即.25g,撙节到目前的即.12g,原料淘汰19.28%,体积响应少?

再次经过soildwork软件对新曲轴施行三维实体建模?施行网格区分和施加载荷,优化后加载?牵制与优化前维持一致?

图7为曲轴优化后的的应力解析了局,由图7可知,在曲轴的连杆轴颈处应力较大,最大应力为76.MPa,远远小于QT--3材料的顺从强度MPa,故曲轴的静强度餍足请求?

图8为优化后的曲轴应边云图,由图8可知,在曲轴的连杆轴颈处应变最大,最大应变值为0.mm,仍属弱小变形,可知曲轴的刚度也是充满的?

4论断

经过应用Solidworks对曲轴施行三维建模,并应用有限元解析软件ANSYS施行仿真优化,优化仿真了局说明行使有限元解析软件ANSYS对曲轴施行有限元仿真解析,可得到较高的牢固性,对提升曲轴筹划效率,提升曲轴功用,升高曲轴制形成本了局显然?可效仿于对柴油机其余部件参数功用施行模仿解析,对柴油机的优化筹划是有很大辅助?

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