基于ANSYS的611O曲轴疲劳分析

对曲轴轴颈进行中频感应淬火，使圆角处产生残余压应力和淬硬层，以提高曲轴的疲劳强度和抗磨损能力。因在线测量温度、组织、应力在当前技术条件下是不可能的，需借助计算机模拟技术来了解、改进淬火工艺，满足提高曲轴疲劳强度和耐磨性的要求。本文利用ANSYS软件对连杆轴颈感应淬火过程进行模拟，计算了淬硬层厚度和淬火后的残余应力分布，并利用ANSYS疲劳分析模块对淬火前和淬火后曲轴进行疲劳分析，结果可信。     

基于ANSYS的6110曲轴疲劳分析

曲轴主要承受交变的弯曲-扭转载荷和一定的冲击载荷,轴颈表面还受到磨损。主要失效方式是疲劳断裂和轴颈表面的严重磨损。因此对轴颈进行中频感应淬火强化处理,主要使圆角处产生残余压应力和淬硬层,来提高曲轴的疲劳强度和抗磨损能力。由于在线测量温度、组织、应力在当前技术条件下是不可能的,有必要借助计算机模拟技术的强大计算功能,进一步了解、改进淬火工艺,满足提高曲轴疲劳强度和耐磨性的要求。本文利用软件ANSYS建立6110钢曲轴的二维轴对称模型,利用其热固耦合功能对连杆轴颈感应淬火过程进行了模拟,计算了淬硬层厚度和淬火后的残余应力分布。然后利用ANSYS疲劳分析模块对淬火前和淬火后曲轴进行疲劳分析,计算结果表明：淬火使圆角产生的残余压应力确实显著提高了曲轴的疲劳强度,模拟可信。     

曲轴电磁感应淬火残余应力模拟及对圆角应力影响的分析

过渡圆角处应力集中现象是曲轴疲劳断裂的主要原因之一,利用局部表面强化工艺产生残余应力的方法可有效提高曲轴疲劳强度。针对上述问题,本文使用有限元方法模拟了曲轴感应加热、快速冷却、产生残余应力的整个淬火过程。通过对某曲轴单拐淬火前后圆角处的应力状态进行模拟,定量比较了残余应力对过渡圆角处应力的影响,为曲轴的抗疲劳设计提供参考。     

曲轴感应淬火装备的现代化

曲轴轴颈淬硬最初是用来提高其耐磨性的。轴颈圆角淬火工艺的实现,使曲轴的疲劳强度提高了一倍,从而使曲轴感应淬火成为取代成本高、周期长的渗氮的新工艺。 20世纪30年代中期,前苏联研究部门与美国达科(TOCCO)公司分别研制了曲轴感应淬火机     

曲轴淬火感应器的选用及保养要点

曲轴轴颈感应淬火的目的是提高轴颈硬度,增加其耐磨性;当轴颈圆角部分连同淬上时,将进一步提高曲轴的疲劳强度。曲轴的淬火部位,一般包括主轴颈、连杆颈、法兰油封面与前轴颈等部位,如图1所示。曲轴淬火感应器就是为这些部位进行淬火的工具,其有效圈的尺寸,也随轴颈的直径、开挡宽度或淬火宽度而异。1.曲轴颈淬火区域主要包括以下几种:①只淬轴颈表面(见图2a)。②轴颈表面及圆角部位同时淬硬(见图2b)。③轴颈表面及止推面同时淬硬(见图2c)。④轴颈及止推面单独淬硬(见图2d)。⑤法兰油封面及前轴油封面的淬火(见图2e)。2.曲轴淬火感应器的结…     

内燃机曲轴扭转疲劳强度试验研究与分析

通过对内燃机曲轴进行扭转疲劳试验研究,分析了影响曲轴扭转疲劳强度的因素以及导致曲轴扭转失效的原因,并提出了相应的改进措施。分析指出,随内燃机爆发压力的提高,曲轴所承受的扭矩会相应增大,由此导致的曲轴扭转疲劳失效不断增加。曲轴扭转失效位置主要在连杆颈油孔、曲柄臂和连杆颈下止点,失效原因涉及结构设计、原材料、机加工、热处理等多个因素。连杆颈油孔是扭转疲劳失效最常见部位,裂纹源一般在油孔内壁距轴颈表面约8～10 mm位置,轴颈表面感应淬火对扭转疲劳强度影响较大,表面感应淬火使曲轴的扭转疲劳强度降低约30%,油孔内壁抛磨可使轴颈表面淬火曲轴的扭转疲劳强度提高25%以上。     

X30CrMoN15-1钢制双列调心滚子轴承外圈感应淬火工艺数值模拟及参数优化

利用DEFORM有限元软件对某型号双列调心滚子轴承外圈感应淬火进行模拟,采用响应曲面法对工艺参数进行优化,并根据优化后工艺参数得到深冷处理前后滚道中心和密封槽底淬硬层深度以及滚道中心次表面残余压应力。结果表明:二次响应曲面能够很好地拟合外圈感应淬火模拟结果,淬硬层深度各影响因素显著程度由高到低依次为电流频率、电流密度和线圈转速,残余压应力各影响因素显著程度由高到低依次为线圈转速、电流密度和电流频率;最优工艺参数为线圈转速0.049 r/min、电流频率246.667 kHz和电流密度6.5×10~7 A/m~2;深冷处理后,滚道中心淬硬层深度、密封槽底淬硬层深度、滚道中心次表面残余压应力以及滚道表面硬度分别为1.642 mm, 0.608 mm, 120 MPa和62.5 HRC;深冷处理能够有效增加淬硬层深度,降低残余压应力并提高淬火硬度;数值模拟结果与试验结果相比,误差在13%以内,具有良好的一致性。     

一次中频淬火球铁曲轴的试验与考核

本文对圆角轴颈一次中频淬火球铁曲轴的模拟疲劳、圆角残余应力的分布,装机台架试验和使用考核等情况进行了介绍。通过试验与考核得知:曲轴经圆角轴颈一次中频淬火后其纯弯曲疲劳强度与正火态相比提高一倍以上;圆角处最大压应力值可达37～38公斤/毫米~2;装机台架试验寿命可达7000～10000小时;一次大修寿命可超出6000小时。     

激光冲击处理对曲轴疲劳强度的影响

利用激光冲击波对曲轴连杆轴颈圆角进行了强化处理,通过液压伺服疲劳试验研究激光冲击处理工艺对曲轴扭转疲劳强度的影响,利用X射线衍射法分析激光冲击处理后轴颈圆角处残余应力的分布规律,利用扫描电镜观察激光冲击处理表面微结构,分析激光冲击处理提高曲轴疲劳强度的微观机理。结果表明,激光冲击处理在曲轴圆角表面产生了残余压应力场,曲轴疲劳寿命显著提高,疲劳裂纹扩展速率大大降低;残余压应力场提高是激光冲击处理改善曲轴疲劳性能的主要机制。     

感应淬火后大型齿条残余应力的有限元模拟

对G35CrNiMo钢大型齿条的3种感应淬火工艺下的温度变化曲线、显微组织进行了分析,采用盲孔法并结合逐层剥离法测得齿条不同区域的残余应力;建立了齿条的有限元模型和电磁感应与热传导的耦合模型,模拟了齿条的残余应力分布,并与试验结果进行了对比。结果表明:淬火温度较高时,齿条淬硬层中产生较大的热应力,导致齿条在淬火过程中开裂;采用先气淬、后水淬的工艺后淬硬层的温度差降低,热应力减小,有效避免了淬火开裂;齿条表面的最大瞬态拉应力出现在325℃等温线附近,沿齿条方向和垂直于齿条方向的应力大小非常接近,且计算结果与试验结果非常吻合。