胡飞孔

(武汉市船舶检验所，湖北武汉 430030)

柴油机曲轴有限元分析

胡飞孔

(武汉市船舶检验所，湖北武汉 430030)

利用Pro/E建立某中速柴油机曲轴的三维实体模型，在Hypermesh中进行网格划分，导入MSC.Patran对其进行应力分析，并对该曲轴进行疲劳强度校核。

柴油机;曲轴;有限元

0 引言

曲轴作为柴油机中最主要的运动部件之一，其强度在很大程度上决定并影响着柴油机的可靠性和寿命。柴油机曲轴受力相当复杂，包括气缸内的燃气压力传递到曲柄销上的力、活塞的往复惯性力、曲轴输出端扭矩的作用以及曲轴本身旋转运动惯性力。在这些周期性变化的载荷作用下，曲轴各个部位将产生交变的弯曲应力和扭转应力。加上曲轴结构复杂，其横截面在轴线方向上急剧变化，导致曲轴应力分布极不均匀，尤其在曲臂与曲柄销、曲臂与主轴颈过渡圆角处产生严重的应力集中现象，有的在油孔附近也有应力集中产生。所以在曲轴设计中，保证曲轴足够的疲劳强度是首要问题。本研究采用Patran/Nastran有限元分析软件对某中速柴油机曲轴进行了应力分析。

1 模型建立

1.1 三维实体模型的建立

利用Pro/E软件建立曲轴的三维实体模型。考虑到曲轴上面的某些细微尺寸对网格划分的影响，在建模中保留轴颈处的过渡圆角及曲柄销上面的油孔，忽略曲柄臂上的螺栓孔、油孔及曲柄销上油孔的倒角，其实体模型如图1所示。

图1 曲轴的三维实体模型

1.2三维有限元模型的建立

曲轴采用了4面体4节点(Tet4)单元划分，基本单元尺寸为10 mm，最小单元尺寸为2 mm;共生成33 198 645个单元，75 471个节点。……