魏效玲,顾林宾

(河北工程大学机械与装备工程学院，河北 邯郸 056038)

0 引言

曲轴是柴油机核心机件[1]。它承受周期变化的气体压力、连杆机构产生往复和旋转惯性力，这些力的作用引起曲轴上产生交变载荷，从而使曲轴发生疲劳破坏,这种破坏恶劣时会造成曲轴突然断裂[2]。曲轴失效的大部分原因是圆角应力集中引起疲劳裂纹、长时间工作导致的复合疲劳破坏等。在机器运行状态下，有着接近80%的破坏是弯曲疲劳产生的。

国内外在零部件再制造的相关领域进行许多的研究，文献[3]提出的线性连续损伤疲劳模型。文献[4]提出了基于层次分析法的评价模型，并建立再制造指标体系和定量方法求出再制造相对加工指标。但针对柴油机曲轴的剩余寿命预测和可再制造性评估的内容尤其不足。对废旧的零部件的再制造可行性分析，对节能减材具有重要作用。研究和预测曲轴的疲劳寿命，分析疲劳寿命与再制造要求之间的定性关系，对曲轴再制造的可行性分析具有重要作用。

1 曲轴的有限元分析

1.1 曲轴疲劳裂纹的有限元分析

有限元方法是模拟曲轴在工作下应力状态的常用方法，也是构建曲轴疲劳寿命预测模型的重要途径。以494柴油机曲轴为具体研究对象，柴油机主要性能参数为：额定转速为3200 r/min，标定功率 95.5 kW，最大扭矩350 N.m，最大爆发压力15 MPa；柴油机曲轴的主要结构参数为:主轴颈直径和长度分别为60 mm和26 mm，曲柄销直径和长度分别为46 mm和22 mm，圆角半径为5 mm，曲柄厚度为18 mm，曲轴的三维造型如图1所示,曲轴的性能参数如表1所示。……