實心柄

實心柄即內部填充的曲柄，主要用於腳踏車、汽車等設備中傳遞動力，實心設計具有高強度和高韌性的特點，不易發生疲勞效應。

基本介紹

• 中文名：實心柄
• 外文名：Solid handle
• 作用：傳遞動力
• 屬性：高強度、高抗疲勞性

簡介

實心柄一般都是通過車加工、銑加工，以及配以數控技術來實現。車床是加工件在中軸旋轉，刀具從外面加工，適合軸具外加工； 銑床是銑刀旋轉運動為主運動，工件和銑刀的移動為進給運動，主要適用於面加工。加工工藝改進方案是實心柄臂上斜面的加工工藝由原 30°車曲面改為 32°銑平面。通過建立有限元模型，分析靜態方案下應力、模態、剛度等方面的變化情況。

強度分析

應力分析

分析了 2 種加工工藝方案在最大爆發壓力為19 MPa時，實心柄銷和主軸頸的圓角處應力集中的情況，得到 2 種方案的等效應力( 平均值的 75% ) 雲圖及最大主應力雲圖。實心柄臂上斜面 32°銑平面方案下的等效應力以及最大主應力相比於車曲面有所增加，兩方案應力差別不大，都在設計可靠範圍以內。

模態分析

對 2 種方案進行模態分析，比較改變加工工藝對模型的固有頻率的影響。第 1 階為彎曲、第 2 階為扭轉、第 3 階為側彎、第 4 階為剪下、第5 階為彎扭組合、第 6 階為拉彎 /壓彎。曲軸第 1 階模態的頻率有小幅增大，其他各階頻率均略小於車曲面曲軸。

剛度分析

分析了改變加工工藝對曲軸扭轉剛度( GI，G 為剪下模量； I 為慣性矩) 和彎曲剛度( EI，E 為彈性模量) 的影響。將曲軸由車曲面改為銑平面後，曲軸的扭轉剛度有小幅增加； 曲軸的彎曲剛度也略微增加。

結束語

通過比較分析可以得到以下結論：

a． 銑平面方案下的等效應力以及最大主應力相比於車曲面有所增加，但總體來說兩方案應力差別不大，都在設計可靠範圍以內；

b． 模態分析表明，兩方案前 6 階頻率差別不大，除第 1 階頻率有小幅增大外其他各階頻率均略小於車曲面；

c． 銑平面方案的彎曲剛度和扭轉剛度都優於車曲面方案。

由於分析結果只比較了 30°車曲面和 32°銑平面的情況，加工工藝角度對車曲面及銑平面分析結果的定性影響規律，以及是否存在可統計的定量規律還需更進一步的研究分析。