柴油机曲轴的疲劳寿命估算

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1、河北交流HEBEINONGJI农机摘要：影响曲轴疲劳寿命有很多原因，而且准确地估计出曲轴疲劳寿命的难度较大。现以某型柴油机组成的动力装置为原始模型，运用有限元模型分析的方法计算柴油机曲轴在一个周期的动态应力，再用这个周期的应力载荷谱结合疲劳计算方法分析曲轴疲劳寿命。结合不同理论下的曲轴疲劳寿命，比较后得出适合的方法。关键词:曲轴；瞬态动力学；载荷步；疲劳寿命柴油机曲轴的疲劳寿命估算中北大学机械与动力工程学院王子前言本文以CY4102BZQ曲轴为例，用Pro/E对其进行单拐的三曲轴是发动机中所受载荷最大的零件

2、之一。它承受着往复维实体建模。使用有限元分析软件ANSYS进行瞬态动力学分和旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，并受到输入扭矩析，提取出危险位置一个循环的载荷数据，运用疲劳软件的作用而产生扭转振动。理论和实践表明，发动机曲轴的主要破N-CODE对其进行疲劳寿命预测，得到曲轴的疲劳寿命。坏形式是扭转破坏和弯曲应力疲劳，因此曲轴受到的弯曲应力1曲轴瞬态动力学分析和扭转应力，是引起曲轴疲劳失效并对其它零件带来破坏的主1.1曲轴有限元模型的建立要来源。曲轴的应力集中部位主要在连杆轴颈和主轴颈的过渡圆角处，因此建模

3、时可以忽略油道孔。此外，多缸机的曲轴结构复杂、作者简介:王子,1988年出生,山西大同人，硕士，研究方向：发动离散后单元数多、计算量大，所以简化选取曲轴单拐进行计算。机结构强度与疲劳寿命分析研究。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3模块软件设计信息的显示，从而对仪表显示的准确性和稳定性进行检测。3.1下位机程序设计仪表的功能就是要完成对车辆的各项参数和状态进行终端显示，下位机程序主要就是完成系统初始化、步进电机的驱动显示、液晶屏的显示和部分CAN

4、总线控制的报警指示灯的控制。系统初始化包括中断初始化、定时器初始化、CAN参数初始化、液晶显示屏初始化和步进电机的初始化。然后还要根据CAN协议将CAN报文中的信息解析出来，然后将相应数据通过步进电机和液晶显示屏显示出来。程序流程图如图2所示。图3测试界面（Testinginterface）4结论实例的验证结果表明，仪表盘的准确度和稳定性高，总电流表的误差仅为1.2%，满足国家标准。但本设计仍存在不足：步进电机的指针需要人为的去归零，这就存在不确定因素进而影响精度。虽然能基本满足使用要求，但后期还需要加以改

5、进。参考文献：[1]韩勇，孙宁辉，张亚锋等.汽车CAN总线仪表系统设计[J].汽车实用技术，2013（12）:43-46.[2]王振国.基于CAN总线的纯电动汽车组合仪表设计[J].上海汽车，2013（3）:21-24.图2程序流程图（Programflowchart）[3]刘乃胜.电动汽车组合仪表开发[J].汽车电器，2009（12）:4-6.3.2上位机程序设计[4]许德章.现代汽车仪表技术与发展趋势[J].汽车电器，2002Labview程序的编写包括前面板的设计和程序框图的编写，（5）:1-4.在编

6、写程序框图时调用CAN通信子VI，根据相应的CAN协议[5]郭明华.车速与车室温度采集及液晶显示系统的设计[J].进行运算并通过CAN总线向仪表模块发送报文，仪表进行相应汽车实用技术，2013（1）:45-48.2014年第9期59交流河北农机HEBEINONGJI用Pro/E建立曲轴的实体建模，然后将模型导人ANSA中进油机只有曲柄传递爆发压力，所以要进行相应的改变，以符合真行网格划分。选用solid185四面体单元离散模型，并对主轴颈和实的工作情况。连杆轴颈的过渡圆角处进行局部细化，以保证计算结果的准确

7、性。对曲轴做瞬态分析前，载荷的施加有以下几个步骤:1.2曲轴单拐模型边界条件的施加(1)改变活动坐标系为局部圆柱坐标系；通过有限元前处理软件ANSA对曲轴轴承组合建立了两个(2)通过节点坐标R、θ、Z选取需要的节点，建立加载区域节接触对：轴承座与轴承盖接触对，主轴颈与轴承座接触对，所有点组；的接触对都需要对接触刚度进行定义，它决定了两个接触表面29Qcx(3)将公式q（x,θ）=(1-)cos(3θ/2)编写为函数载荷，16LR2之间穿透量的大小。接触刚度选取太大，两个接触表面之间穿透L量就越大，这就会引起

8、总刚度矩阵的病态，造成计算的不收敛。加载到第2步选取的节点组上。一般来说，在选取足够大的接触刚度以保证接触穿透小到可以1.5设置求解控制接受的同时，也要为了保证计算收敛考虑让接触刚度足够小。接曲轴动态响应分析是在转速假设转速不变恒为2800rpm的触对之间的接触刚度FKN，一般取0.1到1中间的值，此处取情况下进行的计算，因此一个工作循环完成的时间大约为FKN为0.1，因为较小的FKN有助于收敛。接触面之间的摩擦