曲轴疲劳强度分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

曲轴是发动机的主要旋转机件，装上连杆后，可将连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。同时曲轴也是发动机中最重要、承载最复杂的运动件之一，其性能优劣直接影响到发动机的可靠性和寿命，所以对曲轴的疲劳强度分析一直受到设计者的重视。

在发动机工作过程中，曲轴承受着缸内燃气点燃时产生的爆发压力的作用，往复运动质量及旋转运动质量的惯性力的作用、功率输出端扭矩的作用。这些周期性变化的载荷，引起曲柄各部位产生交变的弯曲应力和扭转应力，由于曲轴横断面沿轴线方向急剧变化，因而应力分布极不均匀，尤其在过渡圆角处和油孔附近会产生严重的应力集中，可能引起疲劳失效。而一旦曲轴断裂，将引起其他零件随之损坏，并造成安全事故，所以保证曲轴有足够的疲劳强度是曲轴设计中的首要问题。

随着发动机技术的不断发展，发动机的设计向着提高效率、增加可靠性、减轻质量、降低燃油消耗率以及降低排放等方向发展，其强化指标不断提高，机械负荷不断增加。而曲轴在工作过程中会受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使其承受弯曲和扭转载荷，是一种扭转弹性系统，本身具有一定的自振频率。在工作过程中，经过连杆传到连杆轴颈部作用力的大小和方向都是周期性变化的，这种激振力作用在曲轴上，引起曲轴的扭转振动，当激励频率与曲轴的自振频率成倍数关系时，会使振动加剧，动应力急剧增大，致使曲轴出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏。所以较准确地分析曲轴的动力特性、进行强度校核以及疲劳寿命的评估就显得极为重要。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：①建立曲轴有限元分析模型；②计算曲轴疲劳强度；③用实验数据进行修正，建立损伤经验公式，讨论软件计算的合理性。

曲轴与滑动轴承的工作不是相互独立的。因此，研究曲轴时不考虑轴承的影响，将研究仅局限在各自的学科范围内，势必产生与实际的偏差。为了使曲轴的计算更加接近于实际，符台当今设汁精度的发展趋势，以获得更合理的设计，应考虑它们各自不同机械行为之间的耦合效应，即滑动轴承的润滑分析及曲轴和连杆变形等行为的影响，而在曲轴强度计算中需要采用不同的加载方法模拟曲轴的实际工作状态，从而得到曲轴在实际工作状态下的应力分布。

采用有限单元法和试验法相结合的方法来研宄分析曲轴疲劳强度。首先完成曲轴在多种载荷下的应力和变形有限元分析，然后进行曲轴的疲劳分析，最后将分析结果和实验结果进行对比分析，从而确定有限元分析的准确性，其技术方案如下：

3. 研究计划与安排

完成任务的时间节点：1-3周：查阅相关书籍，了解设计所需要的相关知识，并且完成开题报告；

4-6周：去工厂或实验室观察曲轴的实际生产和加工过程，全面了解和认识曲轴；

7-14周：建立有限元分析计算模型，对曲轴进行疲劳强度分析；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]蒲军平，吴昌华．柴油机曲轴整体结构的三维有限元分析[j]．计算结构力学及应用，1994

[2]郑丽芬，李建文．综合应用连续梁和三维元法对曲轴的计算[j]．应用力学学报,1994

[3]y.kang,g.-j.sheng and m-h.tseng.modal analyses and experiments for engine crankshaft[j]．journal of soundand vibration,1998