。曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的半。曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用第页共页来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功次，以保证发动机运转平稳。曲轴的作用它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇水泵发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。曲轴的疲劳损坏形式曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产生裂纹的交变应力的性质不同，主要有以下三种疲劳裂纹弯曲疲劳裂纹扭转疲劳裂纹和弯曲扭转疲劳裂纹，如图所示。图弯曲疲劳裂纹扭转疲劳裂纹第页共页弯曲疲劳裂纹曲轴的弯曲疲劳裂纹般发生在主轴颈或曲柄销颈与曲柄臂连接的过渡圆角处，或逐渐扩展成横断曲柄臂的裂纹，或形成垂直轴线的裂纹。弯曲疲劳试验表明，过渡圆角处的最大应力出现学的飞速发展，最近多年来曲轴计算方法的应力分析精度有了极大的提高，可以相当精确地确定在任工况下曲轴任意部位的应力，因此对曲轴整体的强度也可以作比较精确的评估。年代年代，产生了整体曲轴计算的连续梁模型和空间钢架模型。在年代末期，美国的提出了种曲柄刚度的经验算法，但方法比较繁琐，并且缺少实验和使用的验证。后来，又有人提出了种曲柄刚度的斜截面法，计算精度较法有新的提高，但由于不能考虑削去的肩部以及中心油孔等因素的影响，第页共页计算刚度仍然比实测值大。现有的曲轴强度计算都归结为疲劳强度计算，其计算步骤分为以下两步是应力计算，求出曲轴危险部位的应力幅和平均应力二是在此基础上进行疲劳强度计算。常用的应力计算的方法有三种传统法有限元法和边界元法。有限元分析有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每单元假定个合适的较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件如结构的平衡条件，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形有限个直线单元逼近圆来求得圆的周长，但作为种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为种丰富多彩应用广泛并且实用高效的数值分析方法。曲轴是发动机中最重要承载最复杂的零件之，同时曲轴又是发动机中典型的易损件之，其强度和刚度直接影响到整机的工作性能。曲轴运转中的受力情况非常复杂，承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，还有可能承受扭转振动弯曲振动及轴向振动。加之曲轴形状复杂，实际上是在长度方向上交错分布的多个主轴颈与连杆轴颈的连接体，其过渡圆角区域往往成为应力集中处。发动机在工作过程中，曲轴内会产生交变的弯曲应力和扭转应力，导致曲轴发生弯曲变形和扭转解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形有限个直线单元逼近圆来求得圆的周长，但作为种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为种丰富多彩应用广泛并且实用高效的数值分析方法。曲轴是发动机中最重要承载最复杂的零件之，同时曲轴又是发动机中典型的易损件之，其强度和刚度直接影响到整机的工作性能。曲轴运转中的受力情况非常复杂，承受着气缸内的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，还有可能承受扭转振动弯曲振动及轴向振动。加之曲轴形状复杂，实际上是在长度方向上交错分布的多个主轴颈与连杆轴颈的连接体，其过渡圆角区域往往成为应力集中处。发动机在工作过程中，曲轴内会产生交变的弯曲应力和扭转应力，导致曲轴发生弯曲变形和扭转变形，并在圆角过渡处产生应力集中。若长时间使用发动机，不可避免地伴随着曲轴的裂纹磨损等损耗的发生。损耗积累到定程度必将导致发动机故障，甚至造成重大的经济损失和人员伤亡。随着发动机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，保证曲轴的工作可靠性是至关重要的。面临上述问题，在设计阶段必须找出切实可行的手段。因此如何较准确地得到交变载荷作用下发动机曲轴的应力变形的大小及分布，校核其疲第页共页劳强度，估算其疲劳寿命，对于指导曲轴的优化改进设计具有重要意义。柴油机曲轴结构设计曲轴的结构曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇水泵发电机等。曲轴般由主轴颈，连杆轴颈曲柄平衡块前端和后端等组成，如图所示。个主轴颈个连杆轴颈和个曲柄组成了个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的半。图主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸变形，并在圆角过渡处产生应力集中。若长时间使用发动机，不可避免地伴随着曲轴的裂纹磨损等损耗的发生。损耗积累到定程度必将导致发动机故障，甚至造成重大的经济损失和人员伤亡。随着发动机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，保证曲轴的工作可靠性是至关重要的。面临上述问题，在设计阶段必须找出切实可行的手段。因此如何较准确地得到交变载荷作用下发动机曲轴的应力变形的大小及分布，校核其疲第页共页劳强度，估算其疲劳寿命，对于指导曲轴的优化改进设计具有重要意义。柴油机曲轴结构设计曲轴的结构曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇水泵发电机等。曲轴般由主轴颈，连杆轴颈曲柄平衡块前端和后端等组成，如图所示。个主轴颈个连杆轴颈和个曲柄组成了个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的半。图主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性。曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的半。曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用第页共页来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数气缸排列和发动机的发火顺序素的影响，第页共页计算刚度仍然比实测值大。现有的曲轴强度计算都归结为疲劳强度计算，其计算步骤分为以下两步是应力计算，求出曲轴危险部位的应力幅和平均应力二是在此基础上进行疲劳强度计算。常用的应力计算的方法有三种传统法有限元法和边界元法。有限元分析有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每单元假定个合适的较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件如结构的平衡条件，从而得到问题的，第页共页，第页共页致谢在经历了三四个月的辛勤学习和张艳岗老师的耐心指导下，我终于完成了毕业设计。在整个毕业设计过程当中，张老师给予了我很大的支持和帮助，在张老师的指导下，我学会了如何运用制图建模以及仿真分析，使我受益无穷。首先我要感谢我的母校中北大学尤其是机电工程学院所有的老师们，在这片净土读书四载，