【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于内燃机曲轴，具体涉及一种曲轴强度计算方法。
技术介绍
1、柴油机产品的市场配套种类不断增多，如拖拉机、收获机、工程机械、发电机组等，面对不同的配套对象导致的曲轴系惯量、刚度、载荷的变化，需要一种计算方法能够评价不同配套对象时曲轴强度，以期能够更好的评价曲轴实际应用情况。
2、曲轴最前端轴段的轴颈相比曲轴主轴颈和曲柄销轴颈直径比较小，柴油机配套收获机械时，曲轴前端需要输出一部分功率用于驱动收获机的行走系统。收获机行走皮带轮和和曲轴皮带轮之间通过皮带相连，皮带会对曲轴产生侧向力，同时由于曲轴前端有两个大皮带轮，导致曲轴前端的惯量也较大，产生较大的动态扭矩，再加上曲轴前端齿轮的过盈装配，这三个载荷叠加一起对曲轴最前端轴段强度有一定影响。
3、在现有技术中，对曲轴强度的分析，大部分加载的边界都是发动机一个循环内的缸压，而这种情况并不能涵盖所有的曲轴配套对象，如柴油机配套收获机时，如果是前端侧传收获机，那么皮带会对曲轴产生侧向力；如果是后取力收获机，那么后取力齿轮的啮合力也会对曲轴产生侧向力，同时曲轴上和其进行过盈连接的部件在装配时就产生有装配应力，而现有曲轴强度计算方法中并没有考虑以上所述边界。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种曲轴强度计算方法提高曲轴强度计算的准确度。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现：
3、一种曲轴强度计算方法，包括以下步骤：
4、步骤一、建立曲轴总装配三维数字模型以及
5、步骤二、对曲轴总装配三维数字模型及发动机机体装配三维数字模型分别进行有限元网格划分；
6、步骤三、设置动力学计算边界条件，边界条件包括发动机整个转速范围内的缸压曲线以及与曲轴配套部件在曲轴上产生的侧向力；根据该侧向力的相位和曲轴转角之间的关系采用余弦分解该侧向力，把该侧向力分解成随曲轴转角变化的侧向力曲线，把随曲轴转角变化的侧向力施加到该曲轴配套部件的数字模型缩减点处；
7、步骤四、对有限元网格划分后的曲轴总装配三维数字模型进行装配应力计算，该装配应力计算为静力学计算，计算的边界条件为曲轴齿轮热压到曲轴上或过盈装配到曲轴上对其产生的装配应力；
8、步骤五、建立曲轴动力学计算模型，把发动机整个转速范围内的缸压曲线加载到与曲轴配套的飞轮数字模型缩减点处，设定曲轴前后端的载荷分配比例，利用曲轴动力学计算模型进行动力学计算；
9、步骤六、曲轴动力学计算完成后，把每个转速下动力学计算得到的数字模型缩减点处的位移结果全部映射到曲轴有限元模型中，基于装配应力计算的第二个载荷步进行重启动计算，计算得到发动机一个循环内的应力结果。
10、进一步的，步骤一中曲轴总装配三维数字模型包括曲轴从前端到后端除了连杆总装配外所有和曲轴连接的旋转件，包括从最前端用于工作装置的皮带轮到飞轮后端的离合器。
11、进一步的，步骤二中对曲轴总装配三维数字模型进行有限元网格划分的方法为：网格划分时对曲轴第一主轴颈之前的轴段用六面体网格进行划分，并且细化处理，其中曲轴和曲轴过盈连接的部件之间网格节点一一对应；第一主轴颈之后的部分先划分好面网格，面网格划分时对曲轴关注位置进行细化，面网格划分完成后，借助simlab软件产生含rbe2的曲轴有限元网格模型；
12、对发动机机体装配三维数字模型进行网格划分，划分后的有限元网格模型包括机体、主轴承盖、主轴瓦和气缸套。
13、进一步的，将曲轴有限元网格模型带rbe2和不带rbe2的模态进行对比，如果曲轴有限元模型带rbe2和不带rbe2的模态差别大于1%，调整曲轴有限元网格模型中抓取的rbe2范围，使两种模态的差别不大于1%。
14、进一步的，采用子结构分析法对有限元网格划分后的模型进行缩减。
15、进一步的，步骤三中，当曲轴是前端侧传配置时，根据曲轴输出功率要求、皮带类型、布置结构计算出与曲轴前端皮带轮配合的皮带侧向力的大小；根据该侧向力的相位和曲轴转角之间的关系采用余弦分解该侧向力，把该侧向力分解成随曲轴转角变化的侧向力曲线，分解完成后确保在每个曲轴转角下该侧向力的方向都是固定的，把该随曲轴转角变化的侧向力施加到曲轴皮带轮数字模型缩减点处；
16、当曲轴是后取力配置，使用kissoft软件计算得到曲轴后取力齿轮所受的啮合力，根据惰齿轮布置角度确定曲轴后取力齿轮所受啮合力的初始方向，之后把齿轮啮合力分解成随曲轴转角变化的侧向力曲线，把该随曲轴转角变化的侧向力施加到曲轴后取力齿轮数字模型缩减点处。
17、进一步的，步骤四中动力学计算在avl excite power unit软件中执行，在计算时首先定义发动机基本参数，动力学计算模型中连杆简化为包含小头质量点和大头质量点的梁质量单元；
18、其连杆小头质量点连接发动机机体装配数字模型中定义的缸套缩减点，连杆大头质量点和曲柄销轴颈缩减点进行连接，连杆大头轴承采用非线性弹簧/阻尼的单点对单点连接，曲轴主轴颈缩减为点，主轴瓦表面缩减为面，主轴承采用点对面连接，止推轴承不需专门设置缩减点，其使用曲轴和主轴瓦表面的缩减点进行连接。
19、进一步的，步骤五中映射时选择最后一个完整发动机循环内的动力学位移计算结果作为曲轴动态应力计算的边界条件，把所有主节点位移结果映射到有限元模型中。
20、进一步的，装配应力计算方法为：装配应力第一个载荷步计算时约束曲轴第一主轴颈任意一个竖直方向截面位置，同时对曲轴第一主轴颈之前和曲轴进行过盈连接的零部件施加过盈量；第二个载荷步计算时把第一主轴颈截面上的约束去掉，同时从该步设置重启动命令；动力学计算完成后，从装配应力的第二个载荷步进行重启动计算。
21、进一步的，发动机一个循环内的动态应力计算完成后，还进行疲劳安全系数计算；
22、疲劳安全系数计算具体为：基于应力结果计算每个节点的平均应力和应力幅，基于平均应力和应力幅，根据曲轴的材料参数，利用haigh图计算每个节点的安全系数，完成发动机全转速范围内曲轴所有油孔和圆角位置处的疲劳安全系数计算，当安全系数小于1.5，则需要对曲轴的设计方案进行优化调整。
23、本专利技术的有益效果在于：
24、（1）本专利技术在柴油机配套收获机时，当是前端侧传配置，收获机皮带轮和曲轴前端皮带轮通过皮带相连，皮带会对曲轴产生一个侧向力，该侧向力导致曲轴承受了一个弯曲负荷，该弯曲负荷会影响曲轴的强度，所以曲轴分析时要考虑该侧向力的影响；
25、如果是后取力配置，那么后取力齿轮所受的啮合力同样会对曲轴产生侧向力，该侧向力导致曲轴承受了一个弯曲负荷，该弯曲负荷会影响曲轴的强度，所以曲轴分析时也要考虑该侧向力的影响，提高了曲轴强度计算的准确度。
26、（2）本方法在进行网格划分时，只需要划分好曲轴的面网格，定义好rbe2的位置，借助simlab软件即可自动产生包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种曲轴强度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤一中曲轴总装配三维数字模型包括曲轴从前端到后端除了连杆总装配外所有和曲轴连接的旋转件，包括从最前端用于工作装置的皮带轮到飞轮后端的离合器。
3.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤二中对曲轴总装配三维数字模型进行有限元网格划分的方法为：网格划分时对曲轴第一主轴颈之前的轴段用六面体网格进行划分，并且细化处理，其中曲轴和曲轴过盈连接的部件之间网格节点一一对应；第一主轴颈之后的部分先划分好面网格，面网格划分时对曲轴关注位置进行细化，面网格划分完成后，借助simlab软件产生含rbe2的曲轴有限元网格模型；
4.根据权利要求3所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：将曲轴有限元网格模型带rbe2和不带rbe2的模态进行对比，如果曲轴有限元模型带rbe2和不带rbe2的模态差别大于1%，调整曲轴有限元网格模型中抓取的rbe2范围，使两种模态的差别不大于1%。
5.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其
6.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤三中，当曲轴是前端侧传配置时，根据曲轴输出功率要求、皮带类型、布置结构计算出与曲轴前端皮带轮配合的皮带侧向力的大小；根据该侧向力的相位和曲轴转角之间的关系采用余弦分解该侧向力，把该侧向力分解成随曲轴转角变化的侧向力曲线，分解完成后确保在每个曲轴转角下该侧向力的方向都是固定的，把该随曲轴转角变化的侧向力施加到曲轴皮带轮数字模型缩减点处；
7.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤五中动力学计算在AVL Excite Power Unit软件中执行，在计算时首先定义发动机基本参数，动力学计算模型中连杆简化为包含小头质量点和大头质量点的梁质量单元；
8.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤六中映射时选择最后一个完整发动机循环内的动力学位移计算结果作为曲轴动态应力计算的边界条件，把所有主节点位移结果映射到有限元模型中。
9.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：装配应力计算方法为：装配应力第一个载荷步计算时约束曲轴第一主轴颈任意一个竖直方向截面位置，同时对曲轴第一主轴颈之前和曲轴进行过盈连接的零部件施加过盈量；第二个载荷步计算时把第一主轴颈截面上的约束去掉，同时从该步设置重启动命令。
10.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：发动机一个循环内的动态应力计算完成后，还进行疲劳安全系数计算；
...【技术特征摘要】
1.一种曲轴强度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤一中曲轴总装配三维数字模型包括曲轴从前端到后端除了连杆总装配外所有和曲轴连接的旋转件，包括从最前端用于工作装置的皮带轮到飞轮后端的离合器。
3.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤二中对曲轴总装配三维数字模型进行有限元网格划分的方法为：网格划分时对曲轴第一主轴颈之前的轴段用六面体网格进行划分，并且细化处理，其中曲轴和曲轴过盈连接的部件之间网格节点一一对应；第一主轴颈之后的部分先划分好面网格，面网格划分时对曲轴关注位置进行细化，面网格划分完成后，借助simlab软件产生含rbe2的曲轴有限元网格模型；
4.根据权利要求3所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：将曲轴有限元网格模型带rbe2和不带rbe2的模态进行对比，如果曲轴有限元模型带rbe2和不带rbe2的模态差别大于1%，调整曲轴有限元网格模型中抓取的rbe2范围，使两种模态的差别不大于1%。
5.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：采用子结构分析法对有限元网格划分后的模型进行缩减。
6.根据权利要求1所述的一种曲轴强度计算方法，其特征在于：步骤三中，当曲轴是前端侧传配置时，根据曲轴输出功率...
【专利技术属性】
技术研发人员：林好利，杨广军，孙黎明，刘世谦，禹朝帅，高喆，赵海峰，李俊龙，陈俊杰，
申请(专利权)人：第一拖拉机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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