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《淬火强化曲轴弯曲疲劳分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、内燃机学报第21卷(2003)第6期Vol.21(2003)No.6TransactionsofCSICE文章编号:100020909(2003)0620467206212111X淬火强化曲轴的弯曲疲劳分析121222方华,高峥,袁兆成,丁万龙,宫传刚,李程(11吉林大学汽车学院,吉林长春130025;21一汽集团大连柴油机厂,辽宁大连116021)摘要:利用ANSYS大型有限元分析软件进行了6110钢曲轴的中频感应淬火过程的模拟计算,并预测了淬硬层的深度,计算了淬火后的残余应力分布。首次把感应淬火所产生的残余应力添加到了
2、曲轴的模型里,计算了淬火前后的疲劳强度与寿命。计算结果同试验结果进行比较,二者基本吻合,说明这种方法是正确的。关键词:中频感应淬火;曲轴;残余应力;疲劳中图分类号:TK422.4文献标识码:A引言1疲劳基本理论随着现代技术的发展,对机械零件的性能和可疲劳是指在某点或某些点承受交变应力,且在靠性的要求越来越高。曲轴主要承受交变的弯曲—足够多的循环作用之后形成裂纹或完全断裂的材料[1]扭转载荷和一定的冲击载荷,轴颈表面还受到磨损。中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程。曲轴在使用过程中的主要失效方式是疲劳断裂和轴由于交变载荷
3、的作用,构件一开始使用就进入颈表面的严重磨损。曲轴破坏的统计分析表明,疲劳的发展过程,裂纹萌生和发展是这一发展过程80%左右是由弯曲疲劳产生的。因此,在设计曲轴中不断形成的损伤积累的结果。最后的断裂,标志时要使它具有足够的疲劳强度,特别要注意强化应着疲劳过程的终结。这一发展过程所经历的时间或力集中部位,设法缓和应力集中现象,也就是采用局交变循环载荷作用的次数,称为“寿命”。它不仅取部强化的方法来解决曲轴强度不足的矛盾,并同时决于载荷水平,还依赖于循环作用次数或时间,取决提高表面的耐磨性。表面感应淬火能使曲轴表面产于材料抵抗
4、疲劳破坏的能力。生残余压应力,抵消一部分工作拉伸应力,可显著提使构件在有限长设计寿命内不发生疲劳破坏的高工件弯曲疲劳抗力及扭转疲劳抗力,表面生成的设计,称为安全寿命设计方法(safe2lifedesign)或有马氏体,其硬度可达50HRC,具有良好的耐磨性。限寿命设计。民用飞机、容器、管道、汽车等,大多采以前研究曲轴问题时,都是仅仅把曲轴当成一用安全寿命设计。材料的S—N曲线和Miner积累种材料进行强度、刚度、优化和疲劳等分析,既没有损伤理论,是安全寿命设计的基础。当然,考虑到疲考虑强化处理使曲轴表面生成的硬化层,也没有
5、考劳破坏的分散性等不确定因素,安全寿命设计应当虑强化在表面产生的残余应力的作用。本文首次把具有足够的安全储备。感应淬火所产生的残余应力添加到了曲轴的疲劳分本文所用的疲劳计算模块,是根据ASME锅炉析里,计算了淬火前后的疲劳强度与寿命。和压力容器的规范,计算的依据是简化了的弹塑性本文应用ANSYS大型有限元分析软件的热固假设、Miner积累疲劳总和准则和雨流计数法。耦合模块,对6110曲轴中频感应淬火过程进行了模2淬火残余应力的模拟计算原理拟计算,得到了淬火后的残余应力分布,并与实测结果进行了比较,两者数据吻合。然后对淬火前
6、后的[2]2.1瞬态温度场曲轴进行疲劳分析,和试验结果比较接近,说明这种在分析瞬态温度场时,考虑工件内部具有非定新的疲劳计算方法是正确的。常热源(金属相变潜热),在分析瞬态应力场时,采用X收稿日期:2003204230;修订日期:2003208228。作者简介:方华(1965-),女,在职博士生,副教授,主要研究方向为内燃机现代设计理论与方法。·468·内燃机学报第21卷第6期[3]准耦合处理方法,即根据已求得的瞬态温度场来修表142CrMoA材料的热物性参数正该瞬时的材料弹塑性性质,而忽略塑性变形对瞬Tab11Theth
7、ermalphysicalparametersof42CrMoA态温度场的影响。根据热传导理论,确定轴对称金材料42CrMoA属工件淬火过程的瞬态温度场密度7830kg/m2,详见参考文献[2]。2.2瞬态应力场及残余应力场[2]导热系数4218W/(m·K)计算金属工件淬火过程的残余应力,在力学上比热容482J/(kg·K)属于分析一类热弹塑性问题。本文采用增量理论中泊松比0.28的Prandtl2Reuss理论,假定材料是等向硬化的,并采用半圈式淬火感应器、曲轴同时旋转的感应服从Mises硬化准则。由于在整个淬火过程中
8、材料淬火方法。淬火时,半圈型感应线圈放置在曲轴上性质随温度而变化,因此屈服应力也和温度有关。部,曲轴绕主轴颈中心线匀速转动,采用的线圈能同热弹塑性问题的应力应变关系是非线性的,为简化时对轴颈段和圆角淬火。连杆轴颈淬火工艺规定:计算,可用“增量载荷法”将此关系分段线性化。有加热过程功率为90kW～120k
