曲轴电磁感应淬火仿真及疲劳特性预测方法研究.pdf

摘 要 曲轴作为发动机的重要零部件之一，其在工作时受到来自多个方面的载荷，工作环境 恶劣，曲轴的油孔、连杆轴颈过渡圆角等位置的应力集中现象严重，常常导致曲轴发生断 裂。对于如何在设计阶段之初就能预测曲轴经感应淬火强化后的疲劳强度极限，是本文研 究的初衷。 本文基于电磁感应淬火技术及其基本理论，利用有限元分析法模拟了国内某款柴油机 曲轴连杆轴颈和过渡圆角处的电磁感应表面淬火过程，采用不同的疲劳损伤模型对经感应 淬火后曲轴疲劳极限载荷进行预测，并进行试验验证。本文以国内某款柴油机曲轴为研究 对象，围绕曲轴电磁感应淬火仿真及疲劳特性预测方法两方面进行研究。主要研究内容包 括： （1）运用 Altair Flux 电磁热耦合仿真软件，模拟曲轴连杆轴颈和过渡圆角处的电磁感 应表面淬火加热过程，计算得到曲轴连杆轴颈和过渡圆角处的电磁场与温度场。 （2 ）在进行冷却液冷却模拟过程中，施加的载荷是淬火加热结束时刻的温度场，仿真 得到冷却液快速冷却阶段的温度场。 （3 ）利用热力耦合有限元软件 ABAQUS 模拟空气中长时间冷却过程以及空冷后残留 在曲轴中的残余应力场。将冷却液冷却结束时刻的温度场作为初始载荷，得到曲轴在空气 中长时间冷却的温度场，再将整个空冷过程温度场作为载荷，仿真得到空气中长时间静置 冷却后留在曲轴中的残余应力场。 （4 ）分别考虑单轴应力应变状态和多轴应力应变状态，利用古德曼修正公式对经感应 淬火后曲轴疲劳极限载荷进行预测，经试验验证，基于临界平面法的多轴疲劳模型再结合 古德曼公式，能够准确预测曲轴经感应淬火后的疲劳极限载荷。 关键词：感应加热；多轴疲劳；疲劳特性；有限元分析 Simulation of Electromagnetic Induction Quenching of Crankshaft and Study on Prediction Method of Fatigue Property Abstract As one of the important parts of the engine, the crankshaft is subjected to loads from various aspects during operation, and the stress concentration on the oil hole and the transition fillet often causes the crankshaft to break. How to predict the fatigue strength limit of the crankshaft precisly after induction hardening at the beginning of the design stage is the original intention of this study. In this paper, based on the electromagnetic induction quenching technology and its basic theory, the finite element analysis method is used to simulate the electromagnetic induction surface quenching process of the crankshaft connecting rod journal and transition fillet of a domestic diesel engine. The uniaxial stress and the multiaxial stress-strain state are considered respectively, the Goodmans modified formula is used to predict the fatigue limit load of the crankshaft after induction hardening and test verification. This paper takes a dome