复合圆角曲轴合格系数的计算研究

张小婵，薛良君，李友峰，张洪磊，朱军超

(中车戚墅堰机车有限公司，江苏 常州 213011)

0 引言

曲轴是发动机中关键的传动件之一，其质量好坏关系到整个发动机的性能。曲轴在气体爆发力、惯性力及力矩的共同作用下承受交变的弯曲和扭转载荷，其安全性影响着发动机的可靠性和寿命。随着内燃机的发展和强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，因此曲轴的强度安全问题就变得更重要。曲轴的强度与曲轴的结构布置有关，曲轴的结构布置在很大程度上又影响着发动机的整体尺寸和重量。本文应用有限元法来计算圆角处的应力集中系数(SCF)，得到曲轴圆角的合格系数，与传统经验公式计算法得到的值对比分析，发现在进行曲轴结构优化设计时，要使有限元法和经验公式法两种计算方法得到的合格系数均满足要求，才能保证曲轴结构设计的可靠性。

为了增加曲轴轴颈与轴瓦接触的有效宽度，轴颈采用复合圆角形式。这样可以使曲轴轴向长度缩短，结构更加紧凑，使发动机整机结构紧凑，重量减少。

采用传统经验公式计算圆角SCF时，轴颈圆角只考虑单圆角的情况；而本文曲轴轴颈圆角为复合圆角，因此只用一个圆角代入传统经验公式计算与实际的圆角情况不符。考虑用有限元法计算圆角SCF值，与传统经验公式进行对比，找到复合圆角曲轴合格系数计算的可靠方法。

1 曲轴的合格系数Q的计算

根据《钢制海船入级规范》中附录3[1]来计算评估曲轴，具体如下：