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基于有限元技术曲轴的动力学性能分析
ofthe the based
of crankshafton
Analysisdynamicperformance finiteelement
technology
宋晓玲
SONG
Xiao．1ing
000)
(洛阳理工学院，洛阳471
摘要：为了能够有效地分析曲轴的动力学性能，利用有限元技术对曲轴进行了动力学性能分析。首
先分析了曲轴动力学分析的基本理论；接着，根据实际情况建立了合理的曲轴有限元模型；
然后，进行了模态分析，获得了曲轴前六阶固有频率和振型；最后，进行了曲轴的瞬态动力
学分析，获得了曲轴前端、后端的角位移和应力随曲轴转速的变化规律，为曲轴的设计、制
造和维护提供了有利的理论依据。
关键词：有限元技术；曲轴动力学性能；分析
中图分类号：TH311 文献标识码：A 009—01
文章编号：1 34(201
2)2(下)一0056—04
Doi：1 009-0134．201 8
0．3969／J．issn．1 2．2(下)．1
1 曲轴动力学分析的基本理论 2曲轴有限元模型的建立
在发动机中曲轴是主要的旋转机件，通过连 利用有限元技术对曲轴的动力学性能进行计
杆可以把活塞上下的往复运动转变为循环旋转运 算的过程中，由于曲轴的有限元模型包含数十万
动。因此曲轴的动力学性能对于发动机的可靠性 甚至上百万个自由度，如果将这些自由度直接进
以及使用寿命都有着决定性的影响，它是发动机 行动力学性能分析，庞大的计算量无疑会增加计
中主要运动部件之一。曲轴在工作过程中的受力 算的复杂性的从而影响其精确度，通常需要采用
情况是非常复杂的，它需要同时承受周期性变化 模态缩减的方法来简化计算过程，减少运算时间
的气缸爆发压力、活塞连杆组往复惯性力、旋转 并且提高计算精确度。首先对于一个柔性体有限
惯性力、附件不规则阻力矩以及外界作用力等多 元系统，进行模态缩减时其动力学方程表示为：
种荷载作用。长期在这种环境中工作，很容易造
(1)
[M州K+阻“】u=p(t)】
成曲轴的动应力集中，从而产生疲劳裂纹导致曲
轴断裂失效，并且由于曲轴的关键作用它的失效 式中M为质量矩阵，K为刚度矩阵，F(t)
还会产生更严重的影响。随着发动机功率以及性 为外载荷量。由此可知如果该柔性体有限元系统
能的不断强化，使得曲轴的工作条件也越来越苛 包含的节点很多(A量级)，那么M、K的规模将
刻，所以曲轴的保护工作显得尤为重要，需要通
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