基于圆角滚压工艺的曲轴疲劳行为-答辩.pptVIP

五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 发动机的爆发压力取9MPa，计算曲轴名义工作弯矩为985 N·m，则该曲轴对应的安全系数 为0.76。计算结果表明，当曲轴疲劳计算时，不考虑滚压残余应力的影响，计算出的安全系数明显偏小。 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 5.3 基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 基于残余应力的曲轴疲劳计算，是分别计算曲轴在弯矩作用下的工作应力和滚压后的残余应力，采取SWT等效应力模型，将这两个应力耦合计算 其中 为残余应力， 为工作应力。 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 计算当滚压力为7500N，滚轮倾角为32°的时候，圆角残余应力与不同弯矩载荷下的曲轴圆角SWT等效应力，如图33所示。采用线性插值的方法得到当弯矩载荷达到1081N·m，圆角的最大SWT等效应力达到260MPa，因此，该曲轴的疲劳极限弯矩为1081 N·m，疲劳安全系数 达1.09。 图32 应力对比图 图33 曲轴圆角表面疲劳强度计算结果 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 5.4：基于疲劳强度的滚压参数优化设计 曲轴的疲劳强度是评价滚压工艺最重要的评价指标。将曲轴的工作应力与残余应力耦合计算，得到曲轴的SWT等效应力，以SWT等效应力计算的曲轴疲劳强度和安全系数比传统的计算方法更为精确可靠。因此，以曲轴的疲劳强度为判别指标，通过改变滚压参数，找到更优的曲轴滚压参数。以滚压力和滚轮倾斜角为设计变量，设计9个模拟滚压试验。滚压参数如表3所示。 7500N 8500N 9500N 32 Test1 Test4 Test7 37 Test2 Test5 Test8 42 Test3 Test6 Test9 滚压力 滚轮倾角 表3： 9个模拟滚压试验的滚压参数 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 位移边界条件和材料属性与先前的计算保持一致，采用显式动力学计算滚轮滚压圆角的过程。计算完成后提取圆角表面残余应力，应力分布情况如图34~42所示。 图34：Test1工况圆角应力分布 图35：Test2工况圆角应力分布 图36：Test3工况圆角应力分布 图37：Test4工况圆角应力分布 图38：Test5工况圆角应力分布 图39：Test6工况圆角应力分布 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 图40：Test7工况圆角应力分布 图41：Test8工况圆角应力分布 图42：Test9工况圆角应力分布 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 将每个模拟滚压试验计算中得到的圆角残余应力与不同弯矩下条件下计算得到的圆角工作应力耦合计算，得到了相对于不同弯矩载荷下的曲轴圆角SWT等效应力，如图43~5.28所示。 图43 Test1疲劳计算结果 图44 Test2疲劳计算结果 图45 Test3疲劳计算结果 图46 Test4疲劳计算结果 图47 Test5疲劳计算结果 图48 Test6疲劳计算结果 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 图49 Test7疲劳计算结果 图50 Test8疲劳计算结果 图51 Test9疲劳计算结果 五、基于残余应力的曲轴疲劳强度计算 从计算结果来看，最优的滚压参数组合为test7，疲劳极限弯矩可达到1250Nm，与原始的滚压设计参数相比，疲劳极限弯矩提高了15.7%。这意味着可在现有加工设备不变的情况下，使得曲轴的疲劳强度进一步提高，满足发动机日益强化的需要。 计算工况 Test1 Test2 Test3 Test4 Test5 Test6 Test7 Test8 Test9 疲劳极限弯矩（N·m） 1081 1060 1030 1142 1152 1170 1250 1180 1150 安全系数 1.08 1.08 1.04 1.16 1.17 1.19 1.27 1.20 1.17 表4：9个模拟试验计算结果 六、结论与展望 本课题以某型四缸柴油机曲轴为研究对象，着重研究圆角滚压机理，并进行了曲轴疲劳强度分析，取得了一些成果。论文主要进行了以下工作： 1）利用有限元前处理软件，精确建构滚轮—曲轴分析模型，对重点分析的曲轴圆角部位，采用网格密度为0.2mm的超细六面体网格，保证分析的准确性； 2）运用有限元分析软件ABAQUS，建立圆角滚压分析模型，通过显式动力学计算，获得滚压后圆角表面与内侧的应力分布情况； 3）详尽分析了滚压过程中压应力区域边缘