基于Ansys曲軸受力分析與改進

   曲軸是發(fā)動機的重要組成部分之一，它的作用是將活塞的往復直線運動變?yōu)樾D運動，再將這一旋轉運動傳遞給其他機械。曲軸的受力情況是曲軸使用壽命的關鍵，如何提高受力情況，改進曲軸的結構是發(fā)動機壽命的關鍵之處。因此本次分析，對曲軸在不同階段的受力情況進行了分析，并將受力最大的地方進行改進，以減小內應力，提高曲軸的使用壽命。

1、曲軸的尺寸結構

本次分析采用雙缸發(fā)動機，因此曲軸采用雙拐的曲軸，曲軸的機構及其尺寸如圖所示。

    2、在ansys中對曲軸進行建模，并劃分網格。

在ansys建模時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，在相同結構時候可以采用copy命令進行復制，在不同部分采用偏移工作平面的方式進行局部繪圖，最后將所做的幾部分實體圖進行布爾加操作，使之成為一個整體。為了便于劃分網格，以及受力分析是便于施加90°方向的面壓力，采用dividevolume by workplane劃分實體為兩部分。繪制的最終結構圖如圖所示。

劃分網格時候，該結構采用solids45單元進行劃分，全體尺寸采用10.劃分時由于該結構較復雜，曲軸受力不均勻，因此用free自由網格劃分。劃分結果如圖所示。

在受力情況中，對齊材料屬性為：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)有四個沖程：壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程、吸氣沖程，因此對曲軸左右部分進行不同時間的受力情況分析。

由于兩曲軸的發(fā)動機，在一側是做功沖程的時候，另一側是排氣沖程，因此兩曲軸在相同時刻受力情況不同。本次分析對左側做功沖程時候受力最大的時候進行分析。

該曲軸左右兩端軸肩的外斷面進行位移約束，對曲柄上進行受力分析。

3.受力分析

3.1對左曲軸的受力分析

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

對其進行分析計算，其變形情況如同所示，受力云圖如圖所示。

可見在左側受力時軸的左側根部受力情況最大，容易發(fā)生破壞,右側較小。

3.2對左側90°范圍內受力情況如圖所示

內應力如圖所示，結果顯示根部受力最大。

3.3對左側在壓縮沖程結束后做受力情況如同所所示

變形情況如圖所示

4.對右曲軸的受力分析

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

對其進行分析計算，其變形情況如同所示,可見在受力情況如圖所示。

右側受力時候同樣軸的根部受力情況最大，容易發(fā)生破壞.

5.改進方法及受力分析

為了改進以上的缺點，在曲軸的收應力最大的地方采用倒角的方法進行該進。本次結構倒角處采用到直角邊長為2.其結構圖如圖所示，

再對相同地方，相同時刻進行受力分析，受力以及大小如圖所示。

5.1左側180°范圍內受力

分析結果如圖所示

5.2右側90°范圍內受力

受力云圖如圖所示。

5.3右側180°范圍內受力

 結果如圖所示

6.結果

通過以上分析可以發(fā)現在軸類零件的結構中，在軸肩的根部進行倒直角或者倒圓角可以明顯減少零件的內應力情況，以提高零件的壽命，這對機械的壽命延長起到了很大的作用。