手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
對于一些尺寸和形狀趨向標準化和系列化的沖壓件，通常適合用高速壓力機進行生產，以降低成本、提高勞動生產率。由于壓力機不斷向高速化和重型化發展，對曲軸的要求也越來越高，曲軸作為壓力機的重要零件之一，用來傳遞運動和動力，在工作過程中，既作高速運轉，又要傳遞較大的扭矩，其剛度和強度在壓力機的運轉中起到重要作用。由于曲軸承受復雜的交變載荷，容易產生疲勞失效，因而設計時越來越受到重視。對某高速機床曲軸進行有限元分析，為優化設計提供可靠的理論依據。該曲軸是由兩根曲軸通過聯軸器連接，四個支承點支撐在機身上。
該高速壓力機是雙點壓力機，取其中一個曲軸，建立力學模型。通過查閱相關資料，通常作用在曲軸上的力可視為均布載荷，支點的距離可看成作用在支撐頸端部r+0.1d處，曲軸材料QT750-4，材料特性：彈性模量E=1.69×1011Pa，泊松比μ=0.305，材料密度ρ=7090kg/m2。
C-C截面的彎矩為彎扭聯合作用，但由于彎矩比扭矩大得多，故忽略扭矩計算出的應力比考慮扭矩時只差 3%（曲柄轉角在公稱壓力角的情況下）和5%（曲柄轉角在90°情況下）。B-B截面為扭彎聯合作用，但扭矩比彎矩大得多，故可以只計算扭矩的作用。按照上式計算，C-C截面、B-B截面所需材料的屈服極限分別為167MPa、162MPa，所以按此安全系數的材料的屈服強度至少為167MPa。
運用三維Solidworks建立曲軸的三維模型并導入分析軟件中，然后對其進行材料屬性的添加和網格劃分，在曲軸的支撐端添加固定約束，曲拐部分添加工作載荷，在裝有大齒輪的一端施加扭矩。
曲軸強度分析主要分析曲軸的應力，在此基礎上計算曲軸的疲勞強度。由上述理論分析得出，曲軸的強度分析可以通過經驗法或者二維有限元算法來校核，但結果很難看出曲軸在工作狀態下，各部分應力的變化情況。因此，建立三維模型進行有限元計算，便于直觀分析曲軸的應力。曲軸最大應力發生在支承頸靠近曲拐的一端，最大為159.92MPa，整體應力在18-71MPa；最大變形發生在曲柄和曲拐上，最大變形值為0.194mm。
曲軸在工作過程中不斷受到復雜的沖擊載荷，隨之產生橫向、縱向和扭轉振動，當某一激勵力的頻率和曲軸其中一階固有頻率相同或相近時，產生共振，會導致曲軸疲勞斷裂。因此，曲軸的振動分析，特別是低階模態對曲軸的設計和分析具有一定的參考價值。
一階振型曲軸前后部分彎曲擺動，聯軸器部分的擺動使聯軸器與曲軸接觸處應力增大，給連接帶來安全隱患；二階振型與一階類似，只是方向是上下擺動；三階振型是沿著軸向扭曲，該振型同樣給連接部分帶來安全隱患，使曲軸與聯軸器之間的銷軸應力很大，因此，設計時要計算銷軸的應力，保證設計的可靠性；四階和五階的振型類似，為左右曲軸的曲拐扭轉變形；六階振型為聯軸器部分的扭轉同時帶動曲軸的彎曲變形，該振型的危害是不僅增大了連接部分的應力，還影響曲軸的剛度，從而影響機床精度，設計時應高度重視。
通過有限元分析可以看出，曲軸最大應力為142.96MPa，應力最大出現在支承頸靠近曲拐的一端，根據理論計算，材料的屈服強度至少為167MPa，證明有限元分析與經驗計算的一致性；而材料QT750-4的屈服強度為420MPa，應力值小于許用應力，曲軸強度符合要求；由于曲軸支承頸和曲柄頸容易產生疲勞，設計時需加以注意。通過模態分析，得出曲軸前六階的固有頻率和振幅，對高速機床曲軸設計具有一定的參考意義，設計者可通過改變曲軸的剛度來改善曲軸的振型變化，從而進行合理設計，避開共振，增強曲軸的可靠性和壽命。
專業從事有限元分析公司│有限元分析│CAE分析│FEA分析│技術服務與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.hnyunhua.com，轉載請注明出處和相關鏈接！