1、氧氣壓縮機(jī)（簡(jiǎn)稱氧壓機(jī)）廣泛應(yīng)用于石化、鋼鐵和冶金等行業(yè)，其中的關(guān)鍵零件曲軸發(fā)生疲勞斷裂事故時(shí)有發(fā)生。壓縮機(jī)的曲軸斷裂失效屬于脆性斷裂，往往沒(méi)有任何預(yù)兆，會(huì)引起整個(gè)生產(chǎn)裝置的非計(jì)劃停車，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是對(duì)于氧氣壓縮機(jī)，由于工作壓力高，氧氣介質(zhì)具有強(qiáng)烈的助燃性，如發(fā)生曲軸突然斷裂事故，將引起的嚴(yán)重的爆炸事故和人員傷亡。因此，本論文開展氧壓機(jī)曲軸斷裂事故的失效分析和數(shù)值模擬研究，對(duì)于優(yōu)化曲軸結(jié)構(gòu)，保障壓縮機(jī)的安全運(yùn)行具有重要工程實(shí)

2、用價(jià)值和理論意義。
　　本論文以某特大型煉化企業(yè)雙列五級(jí)氧壓機(jī)斷裂失效曲軸為研究對(duì)象，分析了曲軸的化學(xué)成分、硬度和斷口形貌，進(jìn)行了壓縮機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，采用有限元模擬方法計(jì)算了正常和非正常工況下的曲軸的應(yīng)力和變形，并提出了曲軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案。論文主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)曲軸材料的化學(xué)成分分析、硬度檢測(cè)和斷口宏觀與微觀形貌分析，確定了曲軸斷裂的失效模式，曲軸斷裂于安裝皮帶輪輪轂的軸端鍵槽位置

3、，裂紋起源于螺紋內(nèi)孔處，斷口呈現(xiàn)明顯貝紋條帶，屬于疲勞斷裂;
　　(2)建立了兩列活塞運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度方程，分析了壓縮機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)慣性力、偏心質(zhì)量離心力、活塞力和傳遞的扭矩等載荷，確定了回轉(zhuǎn)過(guò)程中曲柄的危險(xiǎn)工況，以及各載荷數(shù)值和作用位置;
　　(3)建立了曲軸三維實(shí)體模型，進(jìn)行了正常工況和非正常工況下曲軸有限元強(qiáng)度數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明，正常工況下，曲軸最大應(yīng)力數(shù)值較小，不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂;而在非正常工況下，曲

4、軸最大應(yīng)力急劇增大，且位于曲軸軸端鍵槽底部，這與曲軸實(shí)際斷裂位置一致。得到了曲軸斷裂失效的主要原因是在非正常工況下，曲軸軸端鍵槽傳遞較大的扭矩，在鍵槽底部轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生很大峰值應(yīng)力，疲勞裂紋起源于內(nèi)孔螺紋并向外部擴(kuò)展，導(dǎo)致曲軸斷裂;
　　(4)總結(jié)曲軸斷裂失效的主要原因，提出了曲軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案。建立了改進(jìn)后的曲軸有限元模型，進(jìn)行了強(qiáng)度數(shù)值模擬計(jì)算。通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的對(duì)比，曲軸最大應(yīng)力位置沒(méi)有改變，但最大應(yīng)力數(shù)值大幅減小，從而杜絕曲軸