基于ANSYS的挖掘机连杆螺栓的疲劳寿命预测

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1、设管理&维修技术EquipmentManagement&MaintenanceTechnologyR■■M■■■C●■一M●■■基于ANSYS的挖掘机连杆螺栓的疲劳寿命预测FatigueLifePredictionofConnectingRodBoltofExcavatorBasedonANSYS周家付ZH0UJia—fu南京林业大学机电学院，江苏南京210037SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，Jiangsu，China【摘要】针对挖掘机发动机

2、连杆螺栓出现的早期疲劳断裂现象，建立了连杆螺栓的有限元模型，利用有限元方法进行了疲劳寿命分析，并与疲劳试验进行了对比。结果表明：该连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处容易产生应力集中，造成疲劳断裂．．为此提出了局部滚压的改进方法，经有限元分析，该改进措施可有效提高连杆螺栓的疲劳寿命。【Abstract】Aimedattheearlierfatiguefailurephenomenonoftheconnectingrodboltintheengineofexcava—tor，thefiniteelementmodelofconnectingrodboltisbuiIt．Theanal

3、ysisoffatiguelifeiscarriedoutwithfiniteelementmethodandcomparedwiththefatiguetestsTheresuItsshowthatthearctransitionareabetweentherodandheadispronetostressconcentrationwhichcausesthefatiguefailure．Thereforeanimprovementmea—surebasedonlocalrollingisputforward，whichisprovedtobeeffectiveinimpr

4、ovingfatiguelifeofconnectingrodboltbyfiniteelementanalysis．【关键词】连杆螺栓；疲劳寿命；ANSYS；有限元分析【Keywords】connectingrodbolt；fatiguelife；ANSYS；finiteelementanalysis中图分类号：U415．51文献标志码：B文章编号：1000-033X(2011)01-0077-020引言件为连杆螺栓实物。试验的平均载荷为11．55kN，交变载荷是幅值为9．45kN、频率为200Hz的正弦波。当试件达连杆螺栓是发动机乃至整个挖掘机中最重要、强度到破坏极限或试

5、验循环次数达到要求的5Xl0次时停止要求最高的螺栓之一，由于工作环境恶劣，承受交变载荷试验。的作用，一直处于疲劳应力状态由于其尺寸受到限制．若设计或加工处理不好，极易产生严重的应力集中．导致2结果与分析出现疲劳裂纹乃至断裂。因此，除般的机械性能要求外，还对其抗疲劳性能有较高的要求．事实上．在对2．1疲劳试验SOFIM连杆螺栓进行疲劳试验时，仅循环近lX10次就出12．9级连杆螺栓的疲劳试验结果如表1所示。由表1现断裂的现象．而其疲劳寿命要求的循环次数为5X10o可见，在20个试件中，仅有2个合格，其余的18个断裂部位次。本文针对该连杆螺栓出现的早期疲劳断裂问题，利用均发生在连

6、杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处。有限元分析软件ANSYS进行疲劳分析，并在此基础上提连杆螺栓的滚丝工艺是在热处理工艺之后进行的，出改进方法在螺纹处容易形成压应力．使螺纹得到强化．提高了螺纹处的疲劳寿命但其颈部形状复杂，由三段圆弧组成．如1疲劳强度试验方法图1所示．三段圆弧的半径各不相同，圆弧的过渡连接处理在实际生产中很难完全达到图纸的要求．有可能导致试验按《螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验方法)(CBfr在连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处出现应力集中．使13682—92)在PLG一200B高频拉压疲劳试验机上进行。试抗疲劳性能下降设备管理＆维修技术RMCMEquipmentManage

7、ment&MaintenanceTechnology表1疲劳试验结果2连杆螺栓有限元模型为分布在螺母上表面的面载荷，方向为轴向分析时，对该连杆螺栓施加了最大载荷167．0MPa、平均载荷92．0MPa,~I?最小载荷】6．7MPa对应于最大载荷的连杆螺栓应力分布如图3所示。由图3可知，应力集中最严重的地方出现在螺栓杆部与头部的过渡处。这与试验结果完全吻合，证明所建立的模型是正确的．图3应力分布22．3疲劳寿命计算从连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处提取应力值较大的数点进行疲劳寿命计算其中应力最大节点的6个应