曲軸強(qiáng)度計(jì)算

1、JX4D30曲 軸 強(qiáng) 度 計(jì) 算發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)部汪恩波曲軸的強(qiáng)度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，因此曲軸強(qiáng)度計(jì)算是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。最近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的曲軸強(qiáng)度計(jì)算方法，但在設(shè)計(jì)的初始階段，目前普遍采用上午還是曲軸強(qiáng)度估算法。RICARDO 計(jì)算方法該計(jì)算方法有兩點(diǎn)假定：（一） 曲軸的每一個(gè)曲拐是相互獨(dú)立的，不受其軸其他部分受力的影響，并以簡(jiǎn)支梁的形式支撐在主軸承上。（二） 曲軸所受力是以點(diǎn)負(fù)荷的形式作用在曲軸上。已知條件連桿軸頸 d=53 寬l=33主軸頸 D=70 寬l=31曲臂厚 h=19.5 寬B=110重疊度 A=9.05連桿長(zhǎng)L=158mm曲柄半徑52.

2、45mm活塞行程 S=104.9mm圓角半徑 R=3.5mm缸徑d=95.4mm發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 n=3600,r/min;發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速 n=4200r/min最高燃燒壓力=160bar;最大平均有效壓力=12.222bar;活塞連桿組往復(fù)質(zhì)量m1=1.3195,kg;活塞連桿組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量m2=0.8925kg.曲軸材料 S53C 屈服強(qiáng)度 s=588 Mpa 抗拉強(qiáng)度 b=660 Mpa重疊度的定義：重疊度的定義（為連桿軸頸直徑，為主軸徑直徑，S為活塞行程）彎曲應(yīng)力計(jì)算1 曲軸受力計(jì)算壓縮上止點(diǎn)時(shí)的曲軸作用力式中，為活塞連桿組往復(fù)慣性力；為燃?xì)庾饔昧Γ∟）;、為左右兩側(cè)主軸承支撐力的最大值

3、（N）排氣上止點(diǎn)時(shí)的曲軸作用力2、單個(gè)曲拐三個(gè)危險(xiǎn)截面（A-A、B-B、C-C）上的彎矩經(jīng)過(guò)計(jì)算a=19.25mm b=32.5mm c=40.5mm l=58mm曲柄臂中央處（A-A）=67022x19.25=1290173.5Nmm=9867.5x19.25=189939.75Nmm連桿軸頸圓角處（B-B）=67022x32.5=2178215Nmm=9867.5x32.5=314827.5Nmm連桿軸頸中央處（C-C）=67022x32.5=67022x40.5=2714391 Nmm=9867.5x40.5=399633.75Nmm式中，、分別為曲拐三個(gè)危險(xiǎn)截面上的最大和最小彎矩（N.

4、m）a b c 為曲軸有關(guān)尺寸，如圖所示。名義彎曲應(yīng)力：A- A處名義彎曲應(yīng)力B- B處名義彎曲應(yīng)力C-C 處名義彎曲應(yīng)力式中、為三個(gè)截面的最大、最小名義彎曲應(yīng)力（Mpa）; 、分別為三個(gè)危險(xiǎn)截面的最大最小彎矩（Nmm）;Wb為三個(gè)危險(xiǎn)截面的抗彎截面系數(shù)（）。名義彎曲平均應(yīng)力及名義彎曲應(yīng)力幅分別為A- A處名義彎曲應(yīng)力幅B- B處名義彎曲應(yīng)力幅=85.5 MpaC- C處名義彎曲應(yīng)力幅=106.5 Mpa4彎曲應(yīng)力 式中，、為彎曲平均應(yīng)力幅（Mpa）; 為彎曲應(yīng)力集中系數(shù)A- A處彎曲應(yīng)力200MPa29 MPaB- B處215MPa8 MPaC-C處200MPa29 MPa切應(yīng)力計(jì)算1. 扭

5、矩計(jì)算NmNm式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)平均扭矩（N.m）; 為最大平均有效壓力（kPa）;系數(shù)K為K=8(4缸機(jī))2 名義切應(yīng)力式中，、為名義最大、最小切應(yīng)力（Mpa）;Wt為連桿軸頸的抗扭截面系數(shù)（）,.名義平均切應(yīng)力及名義切應(yīng)力幅分別為2. 切應(yīng)力式中，、為平均應(yīng)力幅（Mpa）; 為切應(yīng)力集中系數(shù)。A-A 處 及C-C處B-B處等效應(yīng)力彎曲應(yīng)力及切應(yīng)力的等效應(yīng)力由下列計(jì)算主應(yīng)力等效應(yīng)力式中，為等效應(yīng)力（Mpa）; 、為主應(yīng)力（Mpa）。1. 名義主應(yīng)力及名義等效應(yīng)力為A-A和C-C截面對(duì)于B-B截面2. 實(shí)際主應(yīng)力及實(shí)際等效主應(yīng)力為A- A和C-C點(diǎn)對(duì)于B-B截面曲軸為鋼時(shí)的平均應(yīng)力及應(yīng)力幅曲軸為鋼

6、時(shí)，應(yīng)力集中系數(shù)只影響應(yīng)力幅的值，而對(duì)平均應(yīng)力無(wú)影響。因此，在計(jì)算平均等效應(yīng)力時(shí)，應(yīng)以名義主應(yīng)力來(lái)計(jì)算等效平均應(yīng)力，而用實(shí)際主應(yīng)力來(lái)計(jì)算等效應(yīng)力幅，式中，、為等效平均應(yīng)力及等效應(yīng)力幅（Mpa），即對(duì)于A-A和C-C截面：對(duì)于B-B截面通過(guò)歌德曼圖判斷此曲軸的強(qiáng)度滿足要求。6.5.1.5 曲軸強(qiáng)度分析曲軸的強(qiáng)度是在歌德曼圖上判斷的，如圖6-8所示，縱坐標(biāo)為最大、最小應(yīng)力，橫坐標(biāo)為等效平均應(yīng)力。如果曲軸的等效應(yīng)力值在疲勞強(qiáng)度圖內(nèi)，則曲軸的設(shè)計(jì)是安全的。圖6-8中，為材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）當(dāng)曲軸材料為鋼時(shí)，為材料對(duì)稱循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度（Mpa）; 為考慮安全系數(shù)后的設(shè)計(jì)極限，。其中安全系數(shù)n的取值范

7、圍為：n=1.752,僅考慮彎曲應(yīng)力時(shí)，n=1.51.75 同時(shí)考慮彎曲及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)。6.5.1.6 抗彎截面系數(shù)Wb及連桿軸頸處的2.曲柄臂中央由于曲柄背中央處的截面形狀復(fù)雜，所以此處的抗彎截面系數(shù)以簡(jiǎn)化截面作為計(jì)算依據(jù)。簡(jiǎn)化截面如圖6-7所示，各尺寸為：=51.9-15.1=36.8=448926.5.1.7理論應(yīng)力集中系數(shù)及實(shí)際應(yīng)力集中系數(shù)1.理論應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算（1）曲柄臂重疊處及連桿軸頸圓角處的理論彎曲應(yīng)力集中系數(shù)及理論切應(yīng)力集中系數(shù)非圓角滾壓曲軸1） 彎曲應(yīng)力集中系數(shù)圓角滾壓曲軸 0.77x0.898x3.192.2其中 式中，為圓角滾壓深度（mm）；u為重疊度；R為圓角半徑（mm）；為連桿軸徑直徑（mm）.2)切應(yīng)力集中系數(shù)（2）連桿軸頸中央的彎曲應(yīng)力集中系數(shù)及切應(yīng)力集中系數(shù)連桿軸徑中央的彎曲應(yīng)力集中系數(shù)是由于曲軸上的油孔引起的，此處的應(yīng)力集中系數(shù)可以由圖6-9查得。由于JX4D30的曲軸是實(shí)心曲軸，因此而，查圖得, 3. 對(duì)于A-A和C-C應(yīng)力集中系數(shù)是根據(jù)理論應(yīng)力集中系數(shù)由下式計(jì)算而得其中，對(duì)鋼曲軸對(duì)于切應(yīng)力