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曲轴过渡圆角结构强度有限元分析 赖登辉 汪建忠 唐华全 （绵阳新晨动力机械有限公司绵阳） 摘要：应用Abaqus 软件建立曲轴过渡圆角有限元分析模型，模拟计算曲轴过渡圆角的强度，分析过程采用 了瞬态强度分析及子模型方法，过渡圆角采用六面体网格建模，较真实反映了发动机工作过程中圆角受力 并最大程度上减少了建模带来的误差。 关键词：曲轴过渡圆角强度、曲轴圆角设计、瞬态强度分析、子模型分析、Abaqus Finite element strength analysis on crankshaft fillet LAI Denghui , WANG Jianzhong ,TANG Huaquan Abstract : Application Abaqus software to build finite element analysis model, calculated the strength of crankshaft fillet , using a transient strength analysis, sub-model method , crankshaft fillet meshed by hex, a true reflection of the engine operation fillet force and mostly reduces the errors caused by modeling . 0 引 言 曲轴在发动机运行过程中承受交变的弯曲和 度分析——计算第一曲柄臂的主轴颈以及曲柄销 扭转载荷，防止曲轴失效是发动机可靠性领域重要 轴颈过渡圆角强度，通过其他软件计算得知该曲轴 的内容之一，其中曲轴失效主要以弯曲疲劳和扭转 最薄弱位置为第一曲柄臂过渡圆角，其次为第八曲 疲劳为主，曲轴过渡圆角位置是曲轴最常见的失效 柄臂过渡圆角，本文利用有限元软件Abaqus 建立 位置。曲轴圆角处是应力高度集中的部位，容易引 了分析模型,对曲轴过渡圆角强度进行了计算。 发疲劳裂纹，在进行曲轴设计的时候，需要重点关 1 三维有限元模型的建立 注，但传统的设计方法在可靠性试验前不能预先对 分析模型如下图1 所示，分析模型主要包括曲轴单 结构强度进行评价准确，只能依赖于设计者的经 拐模型，过渡圆角局部细化模型（子模型）, 验，本文通过有限元计算对曲轴过渡圆角进行了强 图 1 计算模型 2 分析模型边界条件的确定 移。在施加位移载荷的时候需要约束曲轴另一端面 曲轴在工作过程中会受到旋转质量的离心力、 的所有位移，即施加主轴颈中心点强迫位移载荷时 周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用， 候约束对应另一端曲柄销中心点。强迫位移载荷通 轴承在工作过程中同时受到弯曲载荷和扭转载荷 过其他软件计算得到。 的作用，而且会有一定的共振（与自振频率共振）， 3 第一曲柄销轴颈与曲柄臂过渡处过 CAE 模型要尽可能的包含以上信息，采用动力学软 渡角计算结果 件位移边界，进行强迫位移加载的分析方法是一种 根据上述边界，计算获得但拐曲柄臂变形位移 曲轴强度校核较好的方法 边界，通过子模型的方法计算主轴颈过渡圆角准确 分析模型边界主要包括约束边界和载荷边界 应力值，如下图所示，下图为第一曲柄销轴颈与主 两类，其中载荷边界指曲柄臂两端轴颈中心点位 轴颈过渡圆角计算结果。 0deg 5deg 10deg 15deg 25deg 30deg