基于ANSYS的曲轴受力分析与改进

基于Ansys曲轴受力分析与改进

   曲轴是发动机的重要组成部分之一，它的作用是将活塞的往复直线运动变为旋转运动，再将这一旋转运动传递给其他机械。曲轴的受力情况是曲轴使用寿命的关键，如何提高受力情况，改进曲轴的结构是发动机寿命的关键之处。因此本次分析，对曲轴在不同阶段的受力情况进行了分析，并将受力最大的地方进行改进，以减小内应力，提高曲轴的使用寿命。

1、曲轴的尺寸结构

本次分析采用双缸发动机，因此曲轴采用双拐的曲轴，曲轴的机构及其尺寸如图所示。

    2、在ansys中对曲轴进行建模，并划分网格。

在ansys建模时采用自顶向下的方式建模，建立圆柱，再依次向右建模，采用面拉伸，在相同结构时候可以采用copy命令进行复制，在不同部分采用偏移工作平面的方式进行局部绘图，最后将所做的几部分实体图进行布尔加操作，使之成为一个整体。为了便于划分网格，以及受力分析是便于施加90°方向的面压力，采用dividevolume by workplane划分实体为两部分。绘制的最终结构图如图所示。

划分网格时候，该结构采用solids45单元进行划分，全体尺寸采用10.划分时由于该结构较复杂，曲轴受力不均匀，因此用free自由网格划分。划分结果如图所示。

在受力情况中，对齐材料属性为：弹性模量3E7，泊松比0.3

由于汽缸活赛在工作工程中，每次循环有四个冲程：压缩冲程、做功冲程、排气冲程、吸气冲程，因此对曲轴左右部分进行不同时间的受力情况分析。

由于两曲轴的发动机，在一侧是做功冲程的时候，另一侧是排气冲程，因此两曲轴在相同时刻受力情况不同。本次分析对左侧做功冲程时候受力最大的时候进行分析。

该曲轴左右两端轴肩的外断面进行位移约束，对曲柄上进行受力分析。

3.受力分析

3.1对左曲轴的受力分析

左曲轴180°范围内受力情况，受力大小为200，采用Press面压力；右侧180范围内受力情况为20.其受力情况如图所示。

对其进行分析计算，其变形情况如同所示，受力云图如图所示。

可见在左侧受力时轴的左侧根部受力情况最大，容易发生破坏,右侧较小。

3.2对左侧90°范围内受力情况如图所示

内应力如图所示，结果显示根部受力最大。

3.3对左侧在压缩冲程结束后做受力情况如同所所示

变形情况如图所示

4.对右曲轴的受力分析

右曲轴180°范围内受力情况，受力大小为200，采用Press面压力；左侧180范围内受力情况为20.其受力情况如图所示。

对其进行分析计算，其变形情况如同所示,可见在受力情况如图所示。

右侧受力时候同样轴的根部受力情况最大，容易发生破坏.

5.改进方法及受力分析

为了改进以上的缺点，在曲轴的收应力最大的地方采用倒角的方法进行该进。本次结构倒角处采用到直角边长为2.其结构图如图所示，

再对相同地方，相同时刻进行受力分析，受力以及大小如图所示。

5.1左侧180°范围内受力

分析结果如图所示

5.2右侧90°范围内受力

受力云图如图所示。

5.3右侧180°范围内受力

 结果如图所示

6.结果

通过以上分析可以发现在轴类零件的结构中，在轴肩的根部进行倒直角或者倒圆角可以明显减少零件的内应力情况，以提高零件的寿命，这对机械的寿命延长起到了很大的作用。