基于弯扭复合的曲轴应力及响应面优化分析

为了研究曲轴承受弯扭复合载荷时,其圆角应力的变化情况,建立了柴油机曲轴弯扭复合模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。模拟了标定工况下,曲轴过渡圆角处最大弯曲、扭转以及弯扭复合应力随曲轴转角的变化规律。选择最大弯扭复合载荷,以曲轴质量为约束条件,运用Workbench Design Exploration优化模块对曲轴最大应力和最大变形进行响应面优化分析。结果表明:在0~180°CA内,随着曲轴转角增加,弯扭复合圆角应力先增大后减小,最大值出现在上止点后15°CA,此时的圆角应力比最大爆发压力时的圆角应力大4.9%,比上止点时的圆角应力大26%。过渡圆角半径对曲轴应力和变形敏感度最大,敏感度分别为-0.426和-0.563。通过响应面优化分析,在满足约束条件的情况下,优化后的曲轴最大应力减少了14.45%,最大变形减小了18.17%。

基于ANSYS的曲轴应力及变形敏感度分析

建立了494柴油机曲轴有限元模型,采用试验的方法验证了模型的准确性.选择轴颈直径、过渡圆角半径、油孔直径等参数,模拟了最大爆发压力为15MPa时,曲轴过渡圆角应力和曲柄臂变形的变化规律,分析了曲轴结构参数与应力、变形敏感度系数的关系.结果表明,过渡圆角应力随轴颈直径、过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随油孔直径的增加而增加;曲柄臂变形随轴颈直径、曲柄销过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随主轴颈过渡圆角半径、油孔直径的增加而增加.曲柄销直径对过渡圆角应力最敏感,应力敏感度系数为-0.46;主轴颈直径对曲柄臂变形敏感度系数为-0.497,对变形最敏感.

高强度曲轴静态特性仿真与试验研究

采用ANSYS有限元软件,建立了480柴油机整体和单拐曲轴的静态特性分析模型,针对不同的约束条件,对两种模型的弯曲疲劳强度进行计算,指出了两种模型下的应力集中区域以及应力分布和变形情况;两种模型应力值均未超出曲轴的许用应力。通过曲轴弯曲疲劳强度试验,对480柴油机单拐曲轴进行了弯曲疲劳试验,测量了弯矩随循环基数的变化情况。结果表明,采用整体和单拐曲轴的静态特性分析模型,应力集中比较危险的区域出现在主轴颈、连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角区域;整体较于单拐模型可以更全面、真实反映曲轴各拐的静态特性。

打造曲轴智能生产车间,促进产品产业升级

为了根本改变国内发动机曲轴生产主要以单机辅以简易的物流线组成生产流水线的落后状况,公司决定实施车用发动机曲轴制造智能化生产车间技术改造项目。采用先进的生产管理系统、先进的工艺和加工技术,引进国内外先进设备,组建一条年产15万支国内领先的曲轴加工自动化生产线,实现车用曲轴数控化、智能化生产。项目产品不仅精度高,质量稳定,而且减少了设备数量、占地面积和机加工工时,提高工作效率30%以上,同时减少用工60人以上。该项目被省经信委认定为江苏省示范智能车间,为传统制造向智能制造积累经验,促进了产业升级转型,提高了产品国际竞争力。