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《曲軸電磁感應(yīng)淬火殘余應(yīng)力模擬及對(duì)圓角應(yīng)力影響的分析.pdf》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、內(nèi)燃機(jī)與配件2014年第6期曲軸電磁感應(yīng)淬火殘余應(yīng)力模擬及對(duì)圓角應(yīng)力影響的分析TheStressImpactOnFilletForElectromagneticInductionHardenedCrankshaftResiduaIStressSimulation杜永辰龔玉霞張淑婷趙錦(中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司)[摘要]過渡圓角處應(yīng)力集中現(xiàn)象是曲軸疲勞斷裂的主要原因之一,利用局部表面強(qiáng)化工藝產(chǎn)生殘余應(yīng)力的方法可有效提高曲軸疲勞強(qiáng)度。針對(duì)上述問題,本文使用有限元方法模擬了曲軸感應(yīng)加熱、快速冷卻、產(chǎn)生殘余應(yīng)力的整個(gè)淬火過程。通過對(duì)某曲軸單拐淬火前后圓角處的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行模擬,定量比較了殘余
2、應(yīng)力對(duì)過渡圓角處應(yīng)力的影響,為曲軸的抗疲勞設(shè)計(jì)提供參考。[關(guān)鍵詞]曲軸電磁感應(yīng)淬火殘余應(yīng)力圓角應(yīng)力Abstract:Thephenomenonofstressconcentrationfortransitionfilletisthemaincause0fcrank—shaftfatiguefracture,Usingportionsurfacehardeningprocessproduceresidualstressthatcaneffectivelysolvetheproblem.Inresponsetotheseproblems,BasedonFEMsimulationtoobtai
3、nthefinalquenchofresidualstressfield.Bysimulatedasingleabductionofcrankshaftiswhetherquenchingfilletstress.Byquantitativecomparisonwiththestressimpactoftheresidualontransitionfilletstress,toprovidearefer—eneeontheanti—fatiguedesignofthecrankshaft.Keywords:CrankshaftElectromagneticinductionhardenR
4、esidualstressFilletstressU刖吾曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要和核心的傳遞動(dòng)力的零部件之一,當(dāng)它處于工作狀態(tài)時(shí),受到的燃?xì)鈮毫?、各零部件的慣性力和慣性力矩會(huì)讓曲軸承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變載荷?,載荷會(huì)讓曲軸處于交變應(yīng)力的狀態(tài),這樣就會(huì)使曲軸的應(yīng)力集中現(xiàn)象非常的嚴(yán)重,尤其是在油孔附近、曲柄到軸頸的過渡圓角處的部位都是曲軸最常見的失效部位舊。5。。曲軸電磁感應(yīng)淬火的表面強(qiáng)化工藝在其淬火后圓角和軸頸表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,會(huì)抵消一部分曲軸在工作時(shí)受的拉應(yīng)力¨j,這樣就可以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度,且使軸頸有良好耐磨性,提高曲軸的疲勞壽命,因此淬火后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的分布對(duì)曲軸的壽命有很大的影響¨J
5、。本文通過有限元法獲得最終的殘余應(yīng)力場(chǎng),通過對(duì)某曲軸單拐是否淬火的圓角應(yīng)力進(jìn)行模擬,定量比較了,殘余應(yīng)力對(duì)過渡圓角處應(yīng)力的影響,為曲軸的抗疲勞設(shè)計(jì)提供參考。1有限元理論1.1電磁感應(yīng)淬火有限元理論為了得到感應(yīng)淬火過程中工件內(nèi)部渦流形成的內(nèi)熱源,我們必須先求解交流電流流經(jīng)線圈時(shí)所在工件中產(chǎn)生的磁勢(shì)∽。93。這就要求在合理的邊界條件下來(lái)求解電磁場(chǎng)微分方程組,如下:fi·五=幾(了+iOD)·矗(安培環(huán)路定律)正面·五=一正面OB)·蠢(法拉第電磁感應(yīng)定律)+JD·dS=dv(高斯電通定律)“占·丞=o(高斯磁通定律)杜永辰龔玉霞張淑婷趙錦:曲軸電磁感應(yīng)淬火殘余應(yīng)力模擬及對(duì)圓角應(yīng)力影響的分析4
6、51.2電磁感應(yīng)加熱溫度場(chǎng)和冷卻溫度場(chǎng)有限元理論本文研究的直角坐標(biāo)系下的Fourier導(dǎo)熱微分方程如下:d2Ta2Td2Tq,pcOT—Ox2+礦+孑+i2i面常用的邊界條件如下:n邊界上的溫度:T=以戈,y,彳,t);17r1b給定邊界上的熱流輸入:一彪譬=q:;口,£37rc對(duì)流邊界上:一蕓=h(T∥一丁,)口n。2曲軸電磁感應(yīng)淬火殘余應(yīng)力的模擬2.1曲軸電磁感應(yīng)溫度場(chǎng)模擬在本文中取曲軸連桿軸頸的軸向截面,考慮到漏磁現(xiàn)象,本文中把電磁感應(yīng)器周圍的部分空氣進(jìn)行建模,在感應(yīng)器上所施加的載荷是電流密度載荷,把空心鋁管的電磁感應(yīng)器建成實(shí)心的電磁感應(yīng)器,便于施加載荷。電磁場(chǎng)的計(jì)算模型有曲軸連桿
7、軸頸軸向截面、實(shí)心感應(yīng)器和周圍的部分空氣。圖1(a)為簡(jiǎn)化后的曲軸感應(yīng)加熱淬火的模型示意圖,圖1(b)為曲軸感應(yīng)加熱電磁場(chǎng)的有限元?jiǎng)澐?。圖t(a)模型示意圖圖1(b)有限元模型電磁感應(yīng)加熱淬火用感應(yīng)器線圈對(duì)曲軸軸頸的平直段和過渡圓角進(jìn)行快速加熱,感應(yīng)加熱的時(shí)間為6s,感應(yīng)加熱淬火的電磁場(chǎng)為2D諧波磁場(chǎng)分析,圖2為電磁感應(yīng)淬火的電磁場(chǎng)磁力線分布情況。圖2電磁場(chǎng)磁力線分布圖3(a)為電磁感應(yīng)加熱淬火過程6s的溫度場(chǎng)分布。圖3(b)為曲軸