內(nèi)燃機曲軸的疲勞強度的CATIA軟件分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19149內(nèi)燃機曲軸的疲勞強度的CATIA軟件分析案例 1277241.1有限元計算方法 1146071.2曲軸有限元模型的建立 154301.3材料的選擇 2304321.4有限元網(wǎng)格的劃分 2305191.5邊界條件計算 3120641.6單拐曲軸分析計算 41.1有限元計算方法曲軸的損壞形式主要為彎曲疲勞破壞和扭轉(zhuǎn)疲勞破壞。有限元軟件有很多，如CATIA，ANSYS以及UG等，只需在軟件內(nèi)部建立相應(yīng)的三維實體模型，曲軸有限元模型自然就能得出來，但關(guān)鍵是如何處理曲軸的位移約束和加載方式，以獲得現(xiàn)實的計算結(jié)果。本次設(shè)計所選用的有限元軟件是CATIA軟件，通過對單拐曲軸進行有限元分析，得出曲軸的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。1.2曲軸有限元模型的建立曲軸的三維模型可以用很多三維軟件建立，如CATIA、UG、Pro/e等優(yōu)秀的三維軟件，為了方便導(dǎo)入CATIA進行分析，需要在同一實體的基礎(chǔ)上建模，即只做一個實體。建模時先創(chuàng)建一個圓柱體和一個圓臺，然后進入草圖操作，反復(fù)使用拉伸和創(chuàng)建圓臺的操作。建立的三維實體模型如下圖所示。[6]1.3材料的選擇曲軸材料為45鋼，材料性能見下表。表4-2材料性能參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值楊氏模量/(N/m22.1×泊松比0.3密度/(kg/m37890屈服強度/(N/m23.7×熱膨脹系數(shù)/(K1.17×1.4有限元網(wǎng)格的劃分限于計算時間和設(shè)備運行條件，網(wǎng)格劃分采取CATIA默認(rèn)劃分形式。單拐曲軸三維模型進行網(wǎng)格劃分后如下圖所示。1.5邊界條件計算載荷邊界條件⑴當(dāng)作用在曲軸上的活塞連桿組時，Pg方向向下，大?。篜⑵往復(fù)慣性力Pr1（連桿總成）、往復(fù)慣性力Pr2（活塞組）。Pr1⑶連桿大頭的旋轉(zhuǎn)慣性力Pr3Pr3=mrL?當(dāng)曲軸在膨脹沖程上止點附近時，處于爆壓狀態(tài)下，最大壓縮載荷值為：Pymax=Pg-Pr1-Pr2-當(dāng)曲軸接近進氣行程的上止點時的最大拉伸載荷值：Plmax=Pr1+Pr2以上兩種極限載荷，對應(yīng)的計算工況如下圖所示。圖4-1受壓工況和受拉工況兩種工況下，最大載荷沿著曲柄銷軸頸120°周圍均勻施加，此時連桿軸頸的均布壓強P計算公式如下：P=?π3π3PRLcosθdθP是作用在連桿軸頸上的最大載荷，工況1時為Py，工況2時的載荷為PPyPl圖4-2載荷分布情況約束邊界條件以上兩種極限工況，在CATIA中施加的邊界條件如下：⑴當(dāng)約束主軸頸表面120°范圍內(nèi)沿X和Y軸位移時，約束連桿軸頸中心橫截面向Z軸位移。⑵施加均布載荷作用在連桿軸頸下（上）范圍120°內(nèi)。[7]1.6單拐曲軸分析計算圖4-3受壓工況應(yīng)力圖圖4-4受壓工況應(yīng)變圖上圖即為單拐曲軸在擠壓工況下的應(yīng)力圖和應(yīng)變圖。由上圖可知，擠壓工況最大位移為7.437×10圖4-5受拉工況應(yīng)力圖圖4-6受拉工況應(yīng)變圖上圖為單拐曲軸在受拉工況下的應(yīng)變圖和應(yīng)力圖。由上圖可知，受拉工況下最大位移值為1.702×10以上是應(yīng)力較大的危險區(qū)域，實際生產(chǎn)時應(yīng)采用滾壓