1 课题研究的背景与意义
随着汽车越来越普及，汽车的需求量也随之上升，汽车与人类社会的发展紧密相连。人们对汽车的使用越来越频繁，对各方面性能要求渐渐提高，这同时使得汽车零件疲劳失效问题日益凸显出来，并逐渐引起人们的重视。
在汽车工作时，许多零件常常受到交变应力的作用，如转轴、曲轴、齿轮的轮齿和连杆等，其主要失效形式是疲劳破坏。随着汽车零件工作环境向更高速、高压、高温等方面发展，疲劳破坏发生的情况将会日益增多。因此，明确掌握影响零件疲劳的因素，从而对零件的结构设计提出更加合理的改进，来防止或减少疲劳破坏事件的发生，具有十分重要的意义。
曲轴是发动机最重要的部件。它承受连杆传来的推力，将活塞的往复直线运动变为曲轴圆周旋转运动，然后通过飞轮将发动机转矩输送给传动系统，同时还驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力和周期变化的惯性力共同作用，因此要求曲轴有足够的强度和刚度。发动机工作时，曲轴承受弯曲和扭转交变载荷，容易发生变形和疲劳断裂。曲轴受力极其复杂，它的旋转是发动机的动力源，所以它的结构和材料的合理性对发动机起着尤为重要的作用。
2 国内外曲轴疲劳问题研究现状
目前，谐振式曲轴弯曲疲劳试验台已经得到广泛应用，另一方面，在针对曲轴的整机疲劳分析时，往往可以利用商用软件进行多体动力学分析；但是在对谐振式曲轴试验台架的问题研究中，大部分的研究还是将曲轴所承受的载荷视作完全对称的静力加载。而曲轴在实际试验过程中，因为阻尼效应和结构的不对称性，其应力状态不会是完全的对称应力状态，因此需要从动静力学两种角度出发进行对比验证。现代许多软件可提供可靠的仿真模拟环境。
许多学者利用有限元分析软件方法对曲轴疲劳问题的进行研究，其中孙嵩松[1]基于曲轴自身的结构特点，分析各个曲拐的受力历程，从而对整轴模形进行合理简化并进行疲劳研究，同时对比了不同实验方法所得到的分析结果。此外，应用了疲劳缺口系数模型、多轴疲劳理论、间接定义的临界距离法和直接定义的临界距离法等理论来进行曲轴结构疲劳特性预测的应用研究。最后得出：各曲拐的受力历程一致，可进一步简化模型为单拐；基于抗弯截面第三定义法的预测结果有更高的精确度；Mc Diarmid剪切型多轴疲劳模型有更好的工程适用性等结论，从而对于曲轴的结构抗疲劳设计提供了更多有重要意义的方法。
姚海南[2]利用Abaqus建立好六缸发动机曲轴模型后，模拟实际工作状况，对各个曲拐施加了爆破力载荷、旋转离心力载荷、离心力载荷、往复惯性力载荷，做好七处位移边界约束。随即对有限元模型分析得到各应力分布结果，从而对曲轴的设计改进提出一定的指导意见。
尹建民，王德海和袁银南[3]对柴油机曲轴用连续梁法进行计算，以一段单曲拐为代表，用三维有限元分析法进行应力分布研究。首先对曲拐模型进行支承、载荷、简化曲轴为等圆截面梁三点假设，接着根据材料力学理论对曲轴进行计算得到工作时的边界条件参数，再用SuperSAP结构程序进行计算。从而找出曲轴的薄弱环节，进行改进。
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