基于Ansys曲軸受力分析與改進(jìn)

   曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分之一，它的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再將這一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給其他機(jī)械。曲軸的受力情況是曲軸使用壽命的關(guān)鍵，如何提高受力情況，改進(jìn)曲軸的結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的關(guān)鍵之處。因此本次分析，對(duì)曲軸在不同階段的受力情況進(jìn)行了分析，并將受力最大的地方進(jìn)行改進(jìn)，以減小內(nèi)應(yīng)力，提高曲軸的使用壽命。

1、曲軸的尺寸結(jié)構(gòu)

本次分析采用雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)，因此曲軸采用雙拐的曲軸，曲軸的機(jī)構(gòu)及其尺寸如圖所示。

    2、在ansys中對(duì)曲軸進(jìn)行建模，并劃分網(wǎng)格。

在ansys建模時(shí)采用自頂向下的方式建模，建立圓柱，再依次向右建模，采用面拉伸，在相同結(jié)構(gòu)時(shí)候可以采用copy命令進(jìn)行復(fù)制，在不同部分采用偏移工作平面的方式進(jìn)行局部繪圖，最后將所做的幾部分實(shí)體圖進(jìn)行布爾加操作，使之成為一個(gè)整體。為了便于劃分網(wǎng)格，以及受力分析是便于施加90°方向的面壓力，采用dividevolume by workplane劃分實(shí)體為兩部分。繪制的最終結(jié)構(gòu)圖如圖所示。

劃分網(wǎng)格時(shí)候，該結(jié)構(gòu)采用solids45單元進(jìn)行劃分，全體尺寸采用10.劃分時(shí)由于該結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，曲軸受力不均勻，因此用free自由網(wǎng)格劃分。劃分結(jié)果如圖所示。

在受力情況中，對(duì)齊材料屬性為：彈性模量3E7，泊松比0.3

由于汽缸活賽在工作工程中，每次循環(huán)有四個(gè)沖程：壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程、吸氣沖程，因此對(duì)曲軸左右部分進(jìn)行不同時(shí)間的受力情況分析。

由于兩曲軸的發(fā)動(dòng)機(jī)，在一側(cè)是做功沖程的時(shí)候，另一側(cè)是排氣沖程，因此兩曲軸在相同時(shí)刻受力情況不同。本次分析對(duì)左側(cè)做功沖程時(shí)候受力最大的時(shí)候進(jìn)行分析。

該曲軸左右兩端軸肩的外斷面進(jìn)行位移約束，對(duì)曲柄上進(jìn)行受力分析。

3.受力分析

3.1對(duì)左曲軸的受力分析

左曲軸180°范圍內(nèi)受力情況，受力大小為200，采用Press面壓力；右側(cè)180范圍內(nèi)受力情況為20.其受力情況如圖所示。

對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，其變形情況如同所示，受力云圖如圖所示。

可見(jiàn)在左側(cè)受力時(shí)軸的左側(cè)根部受力情況最大，容易發(fā)生破壞,右側(cè)較小。

3.2對(duì)左側(cè)90°范圍內(nèi)受力情況如圖所示

內(nèi)應(yīng)力如圖所示，結(jié)果顯示根部受力最大。

3.3對(duì)左側(cè)在壓縮沖程結(jié)束后做受力情況如同所所示

變形情況如圖所示

4.對(duì)右曲軸的受力分析

右曲軸180°范圍內(nèi)受力情況，受力大小為200，采用Press面壓力；左側(cè)180范圍內(nèi)受力情況為20.其受力情況如圖所示。

對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，其變形情況如同所示,可見(jiàn)在受力情況如圖所示。

右側(cè)受力時(shí)候同樣軸的根部受力情況最大，容易發(fā)生破壞.

5.改進(jìn)方法及受力分析

為了改進(jìn)以上的缺點(diǎn)，在曲軸的收應(yīng)力最大的地方采用倒角的方法進(jìn)行該進(jìn)。本次結(jié)構(gòu)倒角處采用到直角邊長(zhǎng)為2.其結(jié)構(gòu)圖如圖所示，

再對(duì)相同地方，相同時(shí)刻進(jìn)行受力分析，受力以及大小如圖所示。

5.1左側(cè)180°范圍內(nèi)受力

分析結(jié)果如圖所示

5.2右側(cè)90°范圍內(nèi)受力

受力云圖如圖所示。

5.3右側(cè)180°范圍內(nèi)受力

 結(jié)果如圖所示

6.結(jié)果

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)在軸類零件的結(jié)構(gòu)中，在軸肩的根部進(jìn)行倒直角或者倒圓角可以明顯減少零件的內(nèi)應(yīng)力情況，以提高零件的壽命，這對(duì)機(jī)械的壽命延長(zhǎng)起到了很大的作用。