基于弯曲疲劳试验的发动机曲轴疲劳试验设计探讨

为了提高发动机曲轴部件工作的稳定性与可靠性,对某汽车发动机曲轴为试验对象,将其分成多个单拐试样,分别使用电磁谐振加载法与电液伺服加载法进行弯曲疲劳试验。试验结果表明,电液伺服加载法对弯矩的控制更为合理、精准;电磁谐振加载法可以有效缩短试验时间,减小试验成本;不同试验方法下获得的疲劳极限值并不相同,要结合曲轴试验目的选取适宜的试验方法;两种试验方式下曲轴失效形式均是连杆颈辊压槽处出现断裂。由此可以得出:两种加载方式得到的疲劳极限数值偏差幅度为4.4%;发动机曲轴部件中最为薄弱的部分在连杆颈辊压槽处。

CALCULATIONS TO ITS FATIGUE DAMAGE FRACTURE AND TOTAL LIFE UNDER MANY－STAGE LOADING FOR A CRANK SHAFT

Suggests some calculating formulas and methods with respect to the damage evolvingrate da / dN|i and the fatigue life and in varied history from uncrack to microcrackinitiation until fracture for a crankshaft, which are suitable to stress concentration positionsabout its journal fillets and oil holes on a crankshaft, that it is undergone to bending, twistingand shearing loading and subjected to unsymmetric cyclic many-stage loading. Last the total lifein whole process is estimated by

工作载荷下压裂泵曲轴的受力性能分析

压裂泵曲轴的应力承受情况十分复杂,导致其工作载荷施加不准确,使分析扭转疲劳破坏与弯曲疲劳破坏捕捉精度较低,为此设计一种工作载荷下压裂泵曲轴的受力性能分析方法。将曲轴材料定为铸钢42CrMo,选用SOLID187单元作为构建模型的体单元,切向面载荷法施加扭矩。采用Pro/E有限元建模软件对压裂泵曲轴进行三维有限元建模,分析压裂泵曲轴的工作载荷。测试结果表明:该方法能够实现最大变形量、最小变形量与刚度分析,扭转疲劳破坏与弯曲疲劳破坏捕捉精度较高。

基于ANSYS的曲柄压力机曲轴刚度分析

按变截面梁挠度理论公式对J23-80压力机的曲轴刚度进行计算,得出的挠度值与实测值相比误差为4%。利用ANSYS有限元分析软件对曲轴模型进行分析并按照两种不同的加载方式对曲轴进行加载:按曲轴变形前的均布载荷形式给曲轴加载,得到的挠度值与实测值相比,误差为1.1%;按曲轴变形后的集中力形式给曲轴加载,得到的挠度值与实测值相比,误差为12.8%。从而得出利用有限元分析法分析曲轴时应按照均布载荷形式对其加载,这样得到的分析结果才更可靠,更接近曲轴变形的真实情况。

柱塞式液压泵曲轴载荷特性及力学性能分析

建立了柱塞式液压泵曲轴连杆机构的力学模型,并用MATLAB对曲轴的受力情况进行了模拟仿真,研究了曲轴所受动态载荷的变化规律,确定了其工作循环中的危险点。用有限元方法分析了曲轴在危险工况的静态强度和刚度特性,采用多步载荷积累的方法计算了其疲劳使用系数。研究结果对曲轴部件的优化设计具有较高的实用价值。

直列六缸发动机曲轴两种平衡方案的分析比较

针对某六缸直列发动机曲轴带有8块和12块平衡重的两种平衡方案,运用CAD建模、有限元分析以及多体系统仿真等技术进行了建模、仿真和分析,得到了各方案的主轴承载荷和曲轴固有频率,并通过计算各方案曲轴的内力矩讨论了其内平衡性能。综合计算结果进行比较分析后得出,8平衡重曲轴方案优于12平衡重方案。

谐振加载式曲轴弯曲疲劳试验载荷标定方法的改进

从谐振加载式曲轴弯曲疲劳试验的谐振加载的基本原理入手,推导了动载荷原型函数的合理简化形式。利用所推导出的函数形式,建立了最小二乘拟合的数值算法。这种方法在数学形式上比现有的方法严密,且原型函数容易建立,计算方便,收敛性好,是对谐振加载式曲轴疲劳试验载荷标定方法的一种有益改进。改进的原型函数及其数值方法可以更好的适应更精确的信号处理及数据采集系统。长时间的试验观察和实践检验表明:这种改进的标定计算方法符合谐振加载的基本规律,适应性强,标定精度高,优于其它拟合方法。

基于整体曲轴梁单元法的曲轴变形和轴承负荷计算

以某四缸内燃机曲轴为研究对象,探讨了多缸内燃机曲轴轴承负荷和曲轴变形计算的整体曲轴梁单元有限元方法。与计算多缸内燃机曲轴轴承负荷的传统方法比较,该方法更接近实际,可以直接且同时计算所有主轴承负荷。与整体曲轴体单元法加以比较,可见整体曲轴梁单元有限元方法是一种简单、方便、省时,计算精度满足要求的曲轴变形计算方法。

高强化柴油机曲轴主轴承润滑特性研究

针对某高强化柴油机曲轴整体模型,分析了不同曲轴主轴承载荷求解方法下的润滑特性,对发动机转速、轴承间隙、润滑油类型以及轴承供油方式等4个关键参数对主轴承润滑性能的影响进行了研究,并给出了该柴油机最佳润滑效果下的优选组合方案。计算结果表明:静定法适合于轴承初步设计和规律研究,而静不定法和动力学更适合于轴承详细设计;4个关键参数对主轴承润滑性能影响较大,在校核计算和改良设计时需要引起关注;采用优选组合方案后的主轴承润滑状况得到明显改善。

谐振式曲轴弯曲疲劳试验系统载荷标定精度分析

本文简要介绍了新开发的智能型曲轴弯曲疲劳试验系统的基本工作原理、组成、功能和工作流程,重点分析讨论了载荷标定方法对于载荷精度的影响。

谐振式曲轴弯曲疲劳试验恒载荷控制方法

为研究谐振式曲轴弯曲疲劳试验中试件裂纹扩展对谐振系统载荷放大特性的影响,且在此基础上实现试验系统的高精度恒载荷控制,对谐振系统的振动模型进行了详细的模态和谐响应有限元分析,通过对计算阻尼系数合理修正,有限元分析的结果可以很好地符合试验结果。根据多种裂纹尺寸条件下的分析结果,建立了试件裂纹尺寸、试件承载水平与系统振动特性之间的关系。讨论了为实现恒载荷特性,在试验过程中对加载频率进行调整的必要性,提供了以振动加速度为参考状态变量进行恒载荷控制的依据。

基于不同临界法预测曲轴疲劳极限载荷

以多款发动机的曲轴为研究对象,基于临界理论的不同方法并利用有限元法计算曲轴在弯矩载荷作用下应力集中处的应力分布并求解等效应力。通过这种等效处理,将预测曲轴的疲劳极限问题转化为求解应力集中处的等效应力问题,并结合已有的曲轴疲劳强度试验数据,对不同临界距离方法在工程实际应用中的适用性做出评价。研究结果表明:基于临界距离法可以准确预测不同圆角结构的曲轴的疲劳极限载荷,而基于临界点法在预测相同圆角结构的曲轴时具有较高的精度,但是在预测不同结构的曲轴的疲劳极限载荷时误差较大。

曲轴疲劳寿命的有限元和多体动力学联合仿真研究

对于某型号的柴油机曲轴轴系,以有限元方法、动力学仿真分析以及疲劳分析为基础,采用有限元和多体动力学联合仿真对曲轴疲劳寿命进行预测。在MSC.Nastran中对曲轴进行模态分析,得到模态中性文件(*.mnf),用柔性曲轴替换刚性曲轴,得到刚柔耦合的多体动力学模型,在Adams中对曲轴进行载荷历程计算,把得到的.dac文件导入MSC.Fatigue,完成了曲轴的疲劳寿命分析,为曲轴的优化设计提供参考。

基于有限元和多体动力学联合仿真的疲劳寿命预测

针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取困难等问题,提出了基于联合仿真的疲劳寿命预测方法.结合有限元方法和多体动力学仿真分析获得部件的工作载荷历程,然后通过有限元方法和疲劳分析联合求解,预测部件的疲劳寿命.在动力学仿真部分,采用模态综合法获取部件的应力及载荷历程信息.寿命预测采用多轴裂纹萌生疲劳分析,其中部件的多轴特性通过二轴分析获得.以发动机曲轴部件为例,叙述了设计流程的应用过程.应用结果表明,该方法可以对疲劳事故的原因进行诊断,并且可以作为采用工艺强化措施的依据.

汽车曲轴终锻模阻力墙新型结构参数试验

提出曲轴锻模阻力墙新型结构,分析阻力墙结构中三个重要参数(高度、间隙、斜度)对终锻成形载荷的影响,运用有限元分析软件Deform3D对曲轴终锻过程进行数值模拟仿真,并采用最小二乘法拟合得到了它们之间的影响规律曲线,为阻力墙的优化设计和提高曲轴终锻模具寿命提供了理论参考。分析影响规律曲线发现:终锻最大成形载荷随终锻模阻力墙高度的增加而升高,在同时考虑曲轴锻件成形质量和模具寿命的情况下,终锻模阻力墙高度的合理取值范围为[10,30]mm;终锻最大成形载荷随终锻模阻力墙间隙值的增加而降低,合理取值范围为[2.0,3.5]mm;随着终锻模阻力墙斜度增加,终锻最大成形载荷随之升高,而终锻模阻力墙根部的磨损能得到有效控制,合理取值范围为[0°,20°]。通过试验对上述结论的合理性与可行性进行了验证。

错拐技术对内燃机内部激励力的影响研究

研究了对采用错拐技术的内燃机进行惯性力系平衡分析的通用方法,推导并建立了任意缸排夹角和任意错拐角条件下的V6机型惯性力系分析公式,分析得到了90°V6内燃机错拐30°后其惯性力系的平衡特性。针对某V6柴油机,对比分析了该柴油机采用错拐技术前后倾覆力矩及惯性力系的变化情况,结果表明,错拐曲轴平衡技术可有效抑制内燃机内部的激励载荷,是改善内燃机振动、噪声特性极为有效的技术措施之一。

谐振式曲轴疲劳试验误差分析及载荷标定方法

建立了谐振式曲轴弯曲疲劳试验振动系统的数学模型,推导了动载荷的原型函数;结合试验观察的数据,分析了载荷标定的误差来源,着重对应变测量环节的误差进行了详细探讨并进一步推导了可用于标定拟合的动载荷原型函数的合理形式。据此函数形式,建立了标定拟合的数值算法。实践检验表明,这种改进的标定计算方法符合谐振加载的基本规律,适应性强,标定精度高,优于其他拟合方法。

多缸柴油机曲轴平衡重的合理配置

在外部平衡性能良好的曲轴上加装平衡重，通常是为了减小曲轴所受弯矩，但平衡重的安装将影响主轴承载荷的大小和分布。经过大量计算求得了一个工作循环中轴承载荷的最大值、平均值及其比值随平衡重增大而变化的规律。由此得出，合理的平衡重配置应使轴承载荷的最大值达到最小。基于此结论导出了几组平衡重计算公式，文末还给出了算例。

柴油机曲轴主轴承模糊随机优化设计研究

柴油机曲轴主轴承是一种变载荷流体动压滑动轴承，由于在运转中其工作性能随负载的变化而变化，现在还没有一个完全合理的优化设计方法。本文根据其中存在有随机性和模糊性的特点，给出了模糊随机优化设计的数学模型，提出了一种决策方法。通过一船用柴油机实例的检验表明，此模型和方法是适宜的，效果良好，优于其他方法。

内燃机曲轴系动力学及强度分析

以N485柴油机为例,利用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,辅以手工编程相结合的方法,研究了复杂变载荷作用下内燃机曲轴系刚体动力学和曲轴强度分析.结果表明,曲轴颈表面的动应力沿轴颈轴向和周向分布与动态油膜压力沿轴向和周向分布规律密切相关;曲轴颈表面的动应力随时间的变化与曲轴系的动力学响应密切相关.