曲轴的参数化有限元分析

田忠静, 王金辉, 李海梅

(吉林省通化市农机研究设计院,吉林通化 134000)

0 引 言

曲轴是压力机传递运动和动力的重要零件,具有结构复杂、加工制造困难、承受载荷较大并且受力状态复杂等特点[1],其结构如图1所示。

曲轴的结构参数不仅影响着整机的尺寸和重量,而且在很大程度上影响着曲柄压力机的可靠性与寿命。

图1 曲轴结构图

曲轴在每次冲压时都要往复运动一周,应力对其影响相当大,而在如此频繁的应力作用下,曲轴的主要失效形式为疲劳断裂[2],所以有必要对其上的关键点进行分析,以便找到薄弱的易损坏点。找到容易损坏的地方后,就可以采取相应的措施进行防护或改进设计。但这一切的前提条件是要找到受应力破坏最大的地方。传统的校核方法对曲轴的断裂失效分析主要集中在静态极限强度理论[3],而日益发展的科学技术对曲柄压力机要求日趋严苛,这就需要对其更进一步分析,所以利用有限元分析软件对其进行动态分析非常必要。

1 有限元数学模型的建立

有限元法是将实体对象分割成不同大小、种类、小区域,称为有限元。根据不同领域的需求推导出每一个元素的作用力方程,组合整个系统的元素并构成系统方程组,最后将系统方程组求解[4]。

由于该曲轴零件是一个对称的模型,利用对称性原理,可以只分析一半,以此来代表整个零件的受力结果[5]。

曲轴的材质为45#钢,采用弹性模量和泊松比来描述材料的性能,设弹性模量为2e+5 MPa,泊松比为0.25。……