陕西汽车制造厂生产的延安250型越野车,载重5吨。该车6130×150柴油机曲轴采用球墨铸铁制造,安全系数偏低(约0.85～0.9左右),实际运转过程中有过断裂现象。面对这种情况,我校与陕汽协作,开展了球墨铸铁曲轴圆角滚压强化试验研究。曲轴是量大面广的基础零部件,提高其使用寿命和可靠性具有一定的普遍意义。6130×150球铁曲轴采用圆角滚压强化提高安全系数,既解决了当前曲轴生产关键,又为该柴油机进一步增压、提高马力,提供技术储备,支持了社会主义建设事业。
铸铁曲轴广泛采用了圆角滚压强化技术来提高其弯曲疲劳强度,进行疲劳分析时必须考虑滚压引入的残余应力。针对某圆角滚压铸铁曲轴,首先建立了与其对应的滚轮—阶梯轴三维柔—柔接触有限元模型,通过滚轮压入—相对转动—滚轮卸载模拟滚压过程,得到了圆角滚压残余应力;然后进行了试验弯矩作用下的曲轴单拐有限元受力分析得到了圆角的弯曲应力及应变。为了模拟铸铁材料的特性,滚压及弯曲计算均采用了拉压异性的材料模型,但前者选用单调拉、压应力应变曲线,而后者选用循环拉、压应力应变曲线。最后以疲劳试验弯矩作用下弯曲应变幅为基本参数,将滚压残余应力视为平均应力,利用材料应变—寿命曲线进行局部应力应变法疲劳分析,得到了曲轴圆角危险位置的寿命,与试验结果相符。
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