W6M05Cr4V2高速钢传动轴疲劳寿命分析.pdfVIP

W6Mo5Cr4V2高 速 钢 传 动 轴 疲 劳 寿 命 分 析 口 程远存 口 余际星 口 倪晓臣 口 卢星星 武汉理工大学 材料科学与工程学院 武汉 430070 摘 要：详细介绍了结合有限元软件ANSYS和疲劳分析软件MSC．Fatigue对传动轴进行疲劳寿命预测的流程。分析 了W6Mo5Cr4V2高速钢材料性能参数对传动轴疲劳寿命的影响。结果表明：材料弹性模量对传动轴疲劳寿命影响很小，抗 拉强度对其影响较大，传动轴疲劳寿命随着抗拉强度的增加而增加。 关键词：传动轴 疲劳寿命 抗拉强度 MSC．Fatigue 中图分类号：TH133．2 文献标识码 ：A 文章编号：1000—4998(2OLO)O5—0053—03 轴是组成机械 结构 的重要零件之一 ，也是支撑轴 选取和约束 的加载 ]，将荷载平均地转移到端 面节 点 上零件 、传递运动和动力 的关键部件 。轴工作状况 的好 上 ，使它们 对 圆心 的力矩 和为 240Nm。 坏直接影 响到设备 的使用性 能和寿命 ，在某些重要场 1．3 有 限元 结果及 分析 合 ，当关键 的轴 失效 时 ，这个机 械 系统 的安全 性将 受 到 有 限元模 型局 部 等效 von—mise应 力 云 图如 图2 严重 影 响 ，有 时甚至发 生 灾难性 的事故 。轴类 零件 又是 所示 ，在 型槽 圆角过 渡处产生 应力集 中 ，最 大应力达到 最典 型 的疲 劳破 坏 零件 ”】，其 破 坏 形 式 大多属 于疲 劳 651MPa，接 近 传 动 轴 的疲 劳 强度 ，因此 此 处 为传 动轴 破坏 ，因此 开展疲 劳研 究有着 重要 的意义 。 的薄 弱环节 。 在疲劳分析 中有 限元技术 已经成为一种不可缺少 2 传动轴疲劳寿命分析 的分析32具 。根据有 限元 获得 的应 力应变结 果进行进一 步的疲劳寿命设计 已经在一些重要 的工业领域 (如汽车 、 采用疲劳寿命分析软件 MSC．Fatigue对 W6Mo5Cr4 航 空 、航天和机器制造等)得到应用 。与基于试验 的传 V2高速钢传动轴进 行疲 劳寿命分析 。由于外加最大应 统方法相 比，有 限元 疲 劳分 析能减少试 验 的数量 ，缩 短 力 未达 到材 料 的屈服 强度 ，因此 其 疲 劳寿 命 属 于高周 产 品的开发周期 ，降低开发成本 ，提高市场 的竞争力 2【]。 疲劳 ，使用 S—N 曲线 即名义应力法进 行全寿命分析 。 w6Mo5Cr4V2高速 钢 是一种 高 强度钢 ，具有 优 良 这 是最 早 形 成 的抗 疲 劳设计 方法 ，它 以材料 或 零 件 的 的室温强度 、硬度和抗疲劳性 能 。本文通过关联有 限元 S—N 曲线为基础 ，对 照结构疲劳危 险部位 的应力集 中 软件 ANSYS和疲劳分析软件 MSC．Fatigue对传动轴 的疲 劳寿命 进 行 分析 ，为传 动 轴 的抗 疲 劳设计 提供 重 要 的参考 。 圈—一 1 传动轴模型的应力分析 1．1 建立 有 限元模 型 传动轴材料为 w6Mo5cr4v2高速钢 ，该材料 的性 能参数 为 ：弹性模量 E=218GPa，泊松 比 =0．3。 利用有 限元软件 ANSYS对传动轴进行应力分析 。 采 用 ANSYS 自带建模 功 能 ，单 元类 型选择 Solid95，网 l 格划分采取 映射 网格划分 ，对 圆角处进 行 网格细分 。具 体情 况如 图1所示 。 1．2 约束 条件 和载 荷施加 霍 黧一s《lll2 传动 轴 主要承 受扭 矩作 用 ，最 大载荷 约 为240 Nm。施加载荷 时 ，约束传动轴 的一端 ，在其另一端施加 扭矩 ，采用端部均布加载 。在加载和约束过程 中，根据 模型 的需要 ，创建 了局 部 圆柱 坐标 系 ，这 有利 于节 点 的