某型柴油机曲轴圆角优化设计研究.pdf

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1、第3期内燃机NO．32012年6月InternalCombustionEnginesJun．2012摘要：对某型柴油机曲轴的过渡圆角三圆弧结构改为单圆弧结构进行了曲轴弯曲和扭转强度对比分析，并进行了有限元分析比较，得出柴油机曲轴的过渡圆角由三圆弧改为单圆弧结构，能有效减小过渡圆角处的应力集中。关键词：曲轴；过渡圆角；优化中图分类号：TK422文献标识码：B文章编号：1000—6494(2012)03—0003—03OptimizedDesignofCrankshaftCircularBeadofCerta

2、inDieselEngineCHENHong，NIEZhibin，WUYalong(1．NavyMilitaryRepresentativeOfficeinLuoyan407Plant，Luoyang471039，China；2．HenanDieselEngineHeavyEngineeringCo．，Ltd．，Luoyang471039，China)Abstract：Thepapermadeacomparativeanalysisofcrankshaftbendingandtransversestren

3、gthsinsinglecirculararemodifiedfromthreecircularareintransitionarycircularbeadandcomparedthembyfiniteelementanalysis，whichconcludedthatthesinglecirculararcmodifiedfromthreecirculararcintransitionarycircularbeadcandecreaseeffectivelystressconcentrationhere

4、．Keywords：crankshaft；transitionarycircularbead；optimize曲轴是发动机最重要的机件之一。它的结构参单圆弧结构，见图2。这种圆角结构既能满足曲轴数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和质弯曲和扭转强度要求，又具有良好的工艺性。量，而且也影响着发动机的可靠性与寿命，曲轴的破坏事故可能引起发动机其它零部件的严重破坏。随着内燃机的发展与强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，因此曲轴的疲劳强度问题就变得更加严重。在设计曲轴时必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构形主轴颈式、材

5、料与工艺等，以求获得最经济合理的效果。图1组合圆弧圆角图2单圆弧圆角某型柴油机曲轴的过渡圆角由两个R3和一个我们对某型柴油机曲轴采用单圆弧和组合圆R9圆弧圆滑过渡而成，见图1。其特点是在受弯弧两种过渡圆角方案通过建立有限元模型的方式进曲应力最大的区域采用较大的圆弧，而在应力较小行曲轴单位曲拐的应力分析计算，并与同系列V型的区域采用半径较小的圆弧。此方案可有效地减小曲轴圆角方案的应力进行对比，得出柴油机曲轴过应力集中而不减小轴颈的有效长度，但是因圆角要渡圆角优化设计方案，为柴油机曲轴过渡圆角的优求光洁度高，

6、三段圆弧必须通过磨削加工保化设计，改进轴颈圆角加工的工艺性，降低轴颈圆证，而受一般数控曲轴连杆颈磨床和曲轴主轴颈磨角加工难度提供了依据。床的功能及编程软件限制，在现有条件下无法实现柴油机曲轴的高精、高效的数控磨削加工。而其对1曲轴弯曲和扭转强度分析应的V型柴油机的强化程度更高，主轴颈和曲柄1．1曲轴的工作条件和设计要求销的直径更大，曲轴的过渡圆角却采用了尺7．5的曲轴是在周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩(扭矩和弯作者简介：陈宏，(1963一)，男，河南洛阳人，高矩)共同作用下

7、工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产级工程师，主要从事柴油机监造工作。生疲劳应力状态。实践与理论表明，对于各种曲收稿日期：2012—03—05内燃机2012年6月轴，弯曲载荷具有决定性意义，而扭转载荷仅占次状系数的影响渐趋平缓。所以从减少扭转时的应力要地位(不包括因扭转振动而产生的扭转疲劳破集中来看，取r／d=0．05～0．06已足够了，更大的坏，由于目前多缸发动机曲轴普遍采用减振措施，r／d对形状系数减少甚微。这种情形很少发生)。曲轴破坏的统计表明，80％左右是由于弯曲疲劳产生的。因此，曲轴结构强度研究的重点

8、是弯曲疲劳强度。曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别是曲柄销或主轴颈的过渡圆角是曲轴应力集中最严重之处。因此合理设计过渡圆角的尺寸和形状，r／d是十分重要的。图4rid和e／@对的影响1．2弯曲时的形状强度1．4轴颈过渡圆角曲拐弯曲时，最大应力发生在过渡圆角处。过渡圆角半径r的大小对应力集中和疲劳强度曲轴的弯曲疲劳破坏，多为自圆角开始而横断曲有重要影响。图5是曲轴疲劳试验的结果，它表明臂。因此研究弯曲时圆角处的应力集中就具