中国重汽集团济南技术发展中心 (山东 250002)滕 帅 王树汾 姚章涛 杨 宁 李 浩

山东科技大学机械电子工程学院 (青岛 266510)刘 杰

曲轴是内燃机最重要的零件之一，其主要功能是传递与输出动力，承受缸内的气体压力、往复和旋转质量惯性力、扭转力等的作用，对柴油机的可靠性及性能具有重要意义。曲轴断裂事故的实际分析证明，曲轴的失效形式主要是弯曲疲劳破坏，而弯曲疲劳的裂纹集中在曲轴曲柄至连杆轴颈的过渡圆角处，因此，分析曲轴弯曲失效对曲轴使用寿命很关键，本文利用ANSYS 及FE-SAFE 软件，对曲轴进行应力及疲劳模拟分析，进而通过曲轴弯曲疲劳试验台进行验证，为改善曲轴的疲劳性能提供了有力支持。

1.有限元应力计算

本文采用Pro/E 对曲轴进行三维实体设计，取曲轴其中一个曲拐单元作为分析对象。曲轴材料参数如附表所示。

曲轴材料参数表

(1)网格划分 通过ANSYS 与Pro/E 之间的接口将实体模型导入ANSYS 软件中进行网格划分(见图1)。在网格划分过程中采用ANSYS 提供的20 节点六面体单元Solid186。曲轴各圆角和油孔、油道位置是应力集中的敏感局部，需要在这些局部进行网格的细化，如图2 所示，曲柄销圆角进行了局部的网格细化，有限元模型共373 839 个节点，258 686个单元。

(2)施加载荷 曲轴在实际运行过程中承受的气体压力、活塞与连杆往复运动的惯性力，受力情况复杂，为了分析曲轴弯曲扭矩对曲轴产生的作用力，结合曲轴名义工作弯矩的计算结果，将施加的载荷转换另一端的主轴径，假设施加弯曲扭矩为6kN·m。……