轻型柴油机曲轴性能及断裂失效分析

发布时间：2017-08-10 08:11

  本文关键词：轻型柴油机曲轴性能及断裂失效分析

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【摘要】：曲轴作为核心零件之一,曲轴在工作中,不仅受到自身的离心惯性力作用,还受到由曲柄传过来的气体压力。曲轴内部会产生变化很快的拉伸、压缩、扭转等交变应力。由于曲轴本身结构多为不对称或反对称结构,在结构突然发生变化的部位如主轴颈圆角、曲柄销圆角等处容易产生很大的应力集中现象。在这种情况下曲轴更加容易产生疲劳破坏。本文以KL曲轴为研究对象,分别对曲轴进行理化分析、疲劳实验分析以及仿真分析。将实验分析与仿真分析进行对比分析曲轴性能及断裂时效原因。主要从以下几个方面进行研究:1、用三维软件SolidWorks对曲轴进行实体建模。以力学为基础对曲轴机构的力学特征进行了深入细致的研究。求解了曲轴在最大转速条件下的受力情况,为有限元求解的加载提供了理论依据。2、对断轴进行了理化分析,对曲轴化学成分,力学性能,宏微观断口,淬火检测,以及曲轴的疲劳性能进行了试验分析,并对该曲轴产品抽样进行了弯曲与扭转疲劳试验,初步认为疲劳失效是曲轴断裂的主要原因。3、利用有限元分析软件Workbench,先对曲轴进单拐行静态应力分析,选取较为合理的边界条件后对该柴油机的曲轴进行整体的动态应力分析得到了曲轴在动静态情况下的应力集中情况,与理化分析中力学性能进行对比,发现最大应力小于材料的许用应力,说明其设计合理。4、利用Workbench软件提供的运动学模块对曲轴行运动分析,分析曲轴的模态与疲劳。研究载荷对曲轴疲劳寿命的影响,得到过载是曲轴断裂失效的主要原因。以上方法合理地分析曲轴性能问题,为同类产品的改进研究提供参考。
【关键词】：曲轴 断裂失效 疲劳试验 理化分析 模态分析
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1.绪论9-14
• 1.1 课题来源及意义9-11
• 1.1.2 理论意义10-11
• 1.1.3 现实意义11
• 1.2 国内外曲轴性能分析现状概述11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 论文研究目的及内容13-14
• 1.3.1 课题来源及研究目的13
• 1.3.2 论文主要内容13-14
• 2.曲轴理论分析14-22
• 2.1 曲轴静态应力分析基础14-18
• 2.2 疲劳强度理论18-19
• 2.3 线性累计损伤理论19-20
• 2.4 曲轴结构模态分析理论20-21
• 2.5 模态分析的思想与方法21-22
• 3.曲轴材料性能分析22-36
• 3.1 曲轴试验研究22-26
• 3.1.1 曲轴结构22-23
• 3.1.2 检测与试验设备23
• 3.1.3 试验取样部位23-25
• 3.1.4 试验依据25
• 3.1.5 曲轴试样的获取原则25-26
• 3.2 化学成分分析26-27
• 3.2.1 曲轴材料化学成分分析方法26
• 3.2.2 化学成分分析结果26-27
• 3.3 性能检测分析27-28
• 3.3.1 实验准备及实验27-28
• 3.3.2 实验结果分析28
• 3.4 宏观断口与微观组织28-30
• 3.4.1 宏观断口29
• 3.4.2 微观组织29-30
• 3.5 淬火检测分析30-31
• 3.5.1 表面淬火30
• 3.5.2 实验结果30-31
• 3.6 曲轴疲劳试验分析31-35
• 3.6.1 激振法实验原理31-32
• 3.6.2 实验仪器32-33
• 3.6.3 疲劳试验与试验结果33-35
• 3.7 分析总结35-36
• 4.曲轴结构有限元分析36-51
• 4.1 有限元模型的创建36-39
• 4.1.1 建模软件介绍36-37
• 4.1.2 实体模型37-39
• 4.1.3 结构尺寸与材料属性39
• 4.2 单拐模型分析39-45
• 4.2.1 固定边界条件分析40-41
• 4.2.2 位移边界条件分析41-42
• 4.2.3 接触边界条件分析42-44
• 4.2.4 边界条件的对比选择44-45
• 4.3 整体曲轴瞬态应力分析45-49
• 4.4 分析总结49-51
• 5.曲轴动力学分析51-71
• 5.1 曲轴模态分析51-61
• 5.1.1 整体曲轴结构自由模态分析51-53
• 5.1.2 单拐曲轴结构模态分析53-57
• 5.1.3 存在约束情况下的整体曲轴模态分析57-61
• 5.2 曲轴结构疲劳分析61-69
• 5.2.1 整体曲轴轴轴向力情况下的疲劳分析61-65
• 5.2.2 整体曲轴受弯矩情况下的疲劳分析65-69
• 5.3 分析总结69-71
• 6.结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77
• 作者简介77-78

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本文编号：649635