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剪切機在機械制造業(yè)以及其他工業(yè)中占有重要的地位，廣泛應用于汽車、農業(yè)機械、軋鋼機械、國防工業(yè)等領域。曲軸是剪切機的重要部件之一，其受力情況復雜，強度和剛度對剪切機的正常運轉至關重要。由于曲軸的幾何形狀、邊界條件和作用載荷都及其復雜，在20世紀60年代以前很長一段時間內，研究曲軸強度主要用實驗手段。20世紀60年代末，Porter提出一種曲軸剛度的經驗算法，但方法比較繁瑣，且缺少實驗和使用的驗證；楊杰等提出一種確定曲軸剛度的斜截面法，計算精度較Porter法有新的提高，但計算剛度仍比實測值大。在20世紀70年代末至今，利用有限元分析法進行曲軸強度分析取得了許多有用的成果。例如，利用有限元對曲軸進行強度校核。本文通過有限元法，對曲軸進行基于SolidWorks的受力分析，與傳統(tǒng)的設計方法相比，可以準確的求得曲軸的最大危險截面處，并且簡化了設計過程，為提高剪切機的可靠性提供理論依據(jù)。
曲軸設計比較復雜，需要考慮的因素比較多。例如，曲軸的幾何形狀、邊界條件以及作用載荷等。明確曲軸的受力狀態(tài)是研究曲軸的首要問題。剪切機曲軸工作示意圖如圖所示�？梢钥闯�，當曲軸旋轉時，在每個方向上受力狀態(tài)是不同的，既受到拉壓力又受到扭矩的作用。曲軸強度計算需要考慮的載荷，除通過連桿傳到曲軸上的剪力外，還應考慮在旋轉和往復運動過程中曲軸本身質量不平衡造成的慣性力，以及共同作用的扭矩和彎矩。這些力綜合作用結果，造成曲軸的扭轉和彎曲，使其產生疲勞應力狀態(tài)。根據(jù)齒輪的轉向，以及最大的剪切力時曲柄轉過的角度，確定力P與F方向如圖所示。當曲軸轉角時，剪切力達到最大值Pmax曲軸屬于形狀不規(guī)則的長軸類零件，具有軸線不連續(xù)和直徑變化大等特點。
對曲軸采取整體實體建模，曲軸的材質設置為45鋼。網格劃分時，軸頸處考慮到軸頸過渡圓角處的應力集中，對此處進行網格細化處理，局部采用細化控制，其余部分自動生成。施加模型約束時，在連桿和軸接觸的軸頸處添加圓周約束。理論校核時，將載荷簡化為集中力。在Solidworks中加載為均布載荷，分別在X平面和Y平面對圓周施加8個力和一個扭矩。具體方式如圖所示。對運算結果分析處理時，分別查看了通過模型計算的曲軸位移、應變和應力分析圖，結果如圖所示。曲軸校核只需檢驗曲柄的最大應力值是否在其許可范圍內。由圖可以看出，曲軸所受的最大應力為160.5 MPa，直徑在100-300 mm理后最大的許用應力可以達到156-180 MPa，屈服強度可以達到290度能滿足使用要求。因此，曲軸強度理論計算得到6max MPa，由曲軸所受彎矩得到危險截面在曲軸與連桿接觸面的中間；但是經過Solidworks分析，得出實際最大應力處于齒輪與軸結合面的軸間處，最大應力6max=160.5 MPa。由此可知，通過理論計算得到的危險截面并非是應力最大處，原因是在理論分析時做了很多假設。例如，在曲軸和連桿的接觸面處，假設載荷只在結合面的中間，實際受力應當是均勻加載在結合面處;曲軸與機架的結合面也做了同樣的假設。因此，理論計算與實際有很大差別。Solidworks分析將載荷均勻的加載在曲軸各個面上，比較客觀，分析結果更具合理性。
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