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本课题主要对LJ465Q-2A型汽油发动机曲轴进行结构分析与增压强化设计,以满足汽油机增压改造中主要部件强度和刚度的设计要求。
本文首先完成曲轴结构在ANSYS环境中较精细的实体造型和有限元分析建模。考虑到曲轴相邻部件对其影响,根据曲轴的实际工作情况,建立简易的轴承座、飞轮等;选取约束条件,取代以往把连杆力加载曲柄两端的方法,在ANSYS环境下建立一简化连杆大头,使活塞所传递的最大工作压力通过简易连杆大头与曲轴销之间面面接触的形式传递给曲轴,再对其进行有限元结构分析。通过分析得到了曲轴在各种工况下的变形与应力分布和危险部位的应力变化规律。由于各个气缸工作时产生的最大工作压力均不相同,导致各主轴颈应力最大值的分布规律与所受切向力之和的分布规律不尽相同。得到该曲轴在最大工作压力时最大应力为127Mpa,增压后为142.2Mpa;为考虑曲轴受扭转力的影响,单独计算了切向力对曲轴的影响,得到增压后最大应力出现在曲轴前端曲拐处,这与曲轴正常工作出现前端断裂是一致的;再考虑到其工作的爆震系数和疲劳系数,该曲轴的应力在许用应力980Mpa范围之内,满足发动机增压后对曲轴的强度要求。
由有限元静态分析结果可知,曲轴工作载荷引起的结构应力远小于螺栓预紧力引起的应力,汽油机增压功率增大30%,曲轴最大应力从127Mpa,变为142.3Mpa,增幅约12.05%,曲轴材料强度条件满足应力变化,汽油机增压后仍然可以使用该曲轴。通过曲轴的参数化建模,提高了新产品研发效率,为以后对发动机结构增压强化设计提供了依据。