Page 98 - 《橡塑技术与装备》2025年3期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

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为 8.65×10 mm，应力应变主要集中左轴承限位的靠 3 疲劳分析
近轴肩的位置。 3.1 载荷谱设计
传动轴使一个往复旋转的过程，因此，输出轴轴
肩的接触应力随时间变化而变化。表现为规律的正弦
曲线，从最小值 0 到最大值往复循环变化的过程，如
图 8 所示。
3.2 疲劳强度影响因素
轴某一位置发生疲劳破坏失效所需的循环周期数
取决于轴所受应力波动情况和材料自身性质 [9] 。 对于
特定材料而言，其疲劳失效由 S-N 曲线决定。本文采

图 6 输出轴等效应力云图 用有限元软件中提供的数据估算出 40Cr 的 S-N 曲线
作为疲劳分析数据，如图 9 所示。
平均应力对疲劳寿命影响较大，平均应力修正理
论有 SN-None、Goodman、Soderberg 和 Gerber，
本文采用应用广泛的 Goodman 理论 [10] ，如图 10 所示，
为 Goodman 平均应力修正图。
3.3 疲劳分析结果
在静力学分析的基础上，将计算数据信息继续导
入有限元模块，计算输出轴的疲劳分析。如图 11、12
图 7 输出轴等效应变云图

图 8 循环载荷图

96，安全系数最小值和最低寿命均发生在同一位置靠
近轴肩处。表明该位置在工况条件下易产生疲劳失效，
因此需要对该位置结构进行优化。
3.4 输出轴结构改进及优化
通过对传动箱输出轴进行静力学和疲劳分析，发
现靠近轴肩位置会发生应力集中，进而可能造成疲劳
失效。因此，本文在原来输出轴结构的设计方案中将
轴肩位置增加 4 mm 倒角，减少应力集中的可能。如
图 13 所示。同时将输出轴的材料更换为 42CrMo，其
材料对比参数如下表 3 所示。
表 3 输出轴材料对比参数表
图 9 40Cr 的 S-N 曲线 . -3
材料 密度 /(kg m ） 泊松比 屈服极限 /MPa 弹性模量 /GPa
所示，分别为输出轴的寿命云图和疲劳安全系数。从 40Cr 7.910 3 0.28 785 211
42CrMo 7.851 03 0.30 930 210
图 11 中可以看出，寿命是疲劳作用直到失效的循环次
数。可以看出，输出轴疲劳寿命最低循环次数为 1e6。 将优化后的结构进行应力分析和疲劳分析，如图
从图 12 中可以看出，输出轴安全系数最小为 0.491 14、15 所示。根据后处理结果可以看出，优化后的输

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