某發動機曲軸鏈輪材料的選取分析

王英杰，王三星

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

某發動機曲軸鏈輪材料的選取分析

王英杰，王三星

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

采用Pro/E對曲軸鏈輪進行建模，通過ANSYS軟件對曲軸鏈輪三種材料（D11, D39,45鋼）進行強度分析，結果表明：D11材料齒根處應力值超過材料極限值，為高危險區；D39材料的曲軸鏈輪應力值未超過極限值，但已接近極限，存在一定的風險；45鋼各方面性能均較好，建議選取45鋼作為曲軸鏈輪材料。

曲軸鏈輪；材料；強度分析；疲勞強度

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

引言

發動機曲軸鏈輪是發動機的重要零件，它將曲軸與凸輪軸通過鏈條連接起來，工作過程中受到沖擊載荷和交變載荷的共同作用，在使用過程中經常發生齒根部開裂甚至斷裂情況，因此對曲軸鏈輪的穩定性與可靠性要求極為嚴格。本文通過對三種曲軸鏈輪材料強度及疲勞性能進行仿真分析，選出適合作為曲軸鏈輪的材料。

1 數模及邊界條件

通過proe軟件對曲軸鏈輪進行建模，模型邊界條件如圖所示。

圖1 邊界條件

本次分析主要針對D11，D39和45鋼三種材料，其中D11和 D39為粉末冶金材料，成本相對較低，45鋼需要通過機加工成型，成本較高。

表1 三種材料的極限應力值和密度

曲軸鏈輪受到的主要載荷有曲軸鏈輪螺栓的壓緊力以及正時鏈條和機油泵鏈條的交變載荷。計算時，螺栓的軸向壓緊力取128.6kN。正時鏈系統的動態載荷如圖2所示，最大載荷為1900N。機油泵鏈系統的動態載荷如圖3所示，最大載荷為1050N。

圖2 正時鏈系統動態載荷

圖3 機油泵鏈系統動態載荷

2 仿真結果

將相關邊界條件代入模型中進行分析，仿真結果如下三幅圖所示。

圖4 D11應力場與應力曲線

從圖4可以看出，D11材料在以上載荷邊界條件下正時鏈輪齒根部應力超過材料的極限值，在實際工作過程中存在風險。

圖5 D39應力場與應力曲線

從圖5可以看出，D39材料在以上載荷邊界條件下鏈輪齒根部應力沒有超過材料的極限值，但已接近極限值，存在一定的風險，需要在試驗中驗證。

圖6 45#應力場與應力曲線

從圖6可以看出，45#材料在以上載荷邊界條件下鏈輪齒根部應力沒有超過材料的極限值，并且材料的極限值遠高于最大應力值，比較安全可靠。

3 結論

綜合以上三種曲軸鏈輪材料的仿真分析結果可知：D11材料的曲軸鏈輪應力值高于材料極限，不能作為鏈輪材料；D39材料的鏈輪材料雖然應力值未達到材料的極限值，但由于最大應力接近材料極限值，存在一定風險；45#材料的曲軸鏈輪應力值遠小于材料極限值，疲勞性能能夠得到保證，故45#可以作為曲軸鏈輪的材料。

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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，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.063