某发动机曲轴链轮材料的选取分析

王英杰，王三星

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

某发动机曲轴链轮材料的选取分析

王英杰，王三星

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

采用Pro/E对曲轴链轮进行建模，通过ANSYS软件对曲轴链轮三种材料（D11, D39,45钢）进行强度分析，结果表明：D11材料齿根处应力值超过材料极限值，为高危险区；D39材料的曲轴链轮应力值未超过极限值，但已接近极限，存在一定的风险；45钢各方面性能均较好，建议选取45钢作为曲轴链轮材料。

曲轴链轮；材料；强度分析；疲劳强度

CLC NO.:U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-173-02

引言

发动机曲轴链轮是发动机的重要零件，它将曲轴与凸轮轴通过链条连接起来，工作过程中受到冲击载荷和交变载荷的共同作用，在使用过程中经常发生齿根部开裂甚至断裂情况，因此对曲轴链轮的稳定性与可靠性要求极为严格。本文通过对三种曲轴链轮材料强度及疲劳性能进行仿真分析，选出适合作为曲轴链轮的材料。

1 数模及边界条件

通过proe软件对曲轴链轮进行建模，模型边界条件如图所示。

图1 边界条件

本次分析主要针对D11，D39和45钢三种材料，其中D11和 D39为粉末冶金材料，成本相对较低，45钢需要通过机加工成型，成本较高。

表1 三种材料的极限应力值和密度

曲轴链轮受到的主要载荷有曲轴链轮螺栓的压紧力以及正时链条和机油泵链条的交变载荷。计算时，螺栓的轴向压紧力取128.6kN。正时链系统的动态载荷如图2所示，最大载荷为1900N。机油泵链系统的动态载荷如图3所示，最大载荷为1050N。

图2 正时链系统动态载荷

图3 机油泵链系统动态载荷

2 仿真结果

将相关边界条件代入模型中进行分析，仿真结果如下三幅图所示。

图4 D11应力场与应力曲线

从图4可以看出，D11材料在以上载荷边界条件下正时链轮齿根部应力超过材料的极限值，在实际工作过程中存在风险。

图5 D39应力场与应力曲线

从图5可以看出，D39材料在以上载荷边界条件下链轮齿根部应力没有超过材料的极限值，但已接近极限值，存在一定的风险，需要在试验中验证。

图6 45#应力场与应力曲线

从图6可以看出，45#材料在以上载荷边界条件下链轮齿根部应力没有超过材料的极限值，并且材料的极限值远高于最大应力值，比较安全可靠。

3 结论

综合以上三种曲轴链轮材料的仿真分析结果可知：D11材料的曲轴链轮应力值高于材料极限，不能作为链轮材料；D39材料的链轮材料虽然应力值未达到材料的极限值，但由于最大应力接近材料极限值，存在一定风险；45#材料的曲轴链轮应力值远小于材料极限值，疲劳性能能够得到保证，故45#可以作为曲轴链轮的材料。

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[3] 邹慧君,殷红梁.棘轮机构设计[M].机械工业出版社.

The analysis and selection of a engine crankshaft sprocket material

Wang Yingjie, Wang Sanxing
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Making the crankshaft sprocket model based on Pro/E, three kind of materials (D11,D39,45#) for strength analysis of the crankshaft sprocket.And the results show that, the stress value of D11 is beyond the limit, high risk of crack at teeth root. No overstress found at D39 material, but the stress value is close to the limit, high risk existed. All aspects of 45 steel has good performance, so we suggested that using 45 steel as the material of the crankshaft sprocket material.

Crankshaft Sprocket; Material; Strength Analysis; Fatigue Strength

U465

A

1671-7988 (2017)15-173-02

王英杰，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.063