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剪切机在机械制造业以及其他工业中占有重要的地位，广泛应用于汽车、农业机械、轧钢机械、国防工业等领域。曲轴是剪切机的重要部件之一，其受力情况复杂，强度和刚度对剪切机的正常运转至关重要。由于曲轴的几何形状、边界条件和作用载荷都及其复杂，在20世纪60年代以前很长一段时间内，研究曲轴强度主要用实验手段。20世纪60年代末，Porter提出一种曲轴刚度的经验算法，但方法比较繁琐，且缺少实验和使用的验证；杨杰等提出一种确定曲轴刚度的斜截面法，计算精度较Porter法有新的提高，但计算刚度仍比实测值大。在20世纪70年代末至今，利用有限元分析法进行曲轴强度分析取得了许多有用的成果。例如，利用有限元对曲轴进行强度校核。本文通过有限元法，对曲轴进行基于SolidWorks的受力分析，与传统的设计方法相比，可以准确的求得曲轴的最大危险截面处，并且简化了设计过程，为提高剪切机的可靠性提供理论依据。
曲轴设计比较复杂，需要考虑的因素比较多。例如，曲轴的几何形状、边界条件以及作用载荷等。明确曲轴的受力状态是研究曲轴的首要问题。剪切机曲轴工作示意图如图所示。可以看出，当曲轴旋转时，在每个方向上受力状态是不同的，既受到拉压力又受到扭矩的作用。曲轴强度计算需要考虑的载荷，除通过连杆传到曲轴上的剪力外，还应考虑在旋转和往复运动过程中曲轴本身质量不平衡造成的惯性力，以及共同作用的扭矩和弯矩。这些力综合作用结果，造成曲轴的扭转和弯曲，使其产生疲劳应力状态。根据齿轮的转向，以及最大的剪切力时曲柄转过的角度，确定力P与F方向如图所示。当曲轴转角时，剪切力达到最大值Pmax曲轴属于形状不规则的长轴类零件，具有轴线不连续和直径变化大等特点。
对曲轴采取整体实体建模，曲轴的材质设置为45钢。网格划分时，轴颈处考虑到轴颈过渡圆角处的应力集中，对此处进行网格细化处理，局部采用细化控制，其余部分自动生成。施加模型约束时，在连杆和轴接触的轴颈处添加圆周约束。理论校核时，将载荷简化为集中力。在Solidworks中加载为均布载荷，分别在X平面和Y平面对圆周施加8个力和一个扭矩。具体方式如图所示。对运算结果分析处理时，分别查看了通过模型计算的曲轴位移、应变和应力分析图，结果如图所示。曲轴校核只需检验曲柄的最大应力值是否在其许可范围内。由图可以看出，曲轴所受的最大应力为160.5 MPa，直径在100-300 mm理后最大的许用应力可以达到156-180 MPa，屈服强度可以达到290度能满足使用要求。因此，曲轴强度理论计算得到6max MPa，由曲轴所受弯矩得到危险截面在曲轴与连杆接触面的中间；但是经过Solidworks分析，得出实际最大应力处于齿轮与轴结合面的轴间处，最大应力6max=160.5 MPa。由此可知，通过理论计算得到的危险截面并非是应力最大处，原因是在理论分析时做了很多假设。例如，在曲轴和连杆的接触面处，假设载荷只在结合面的中间，实际受力应当是均匀加载在结合面处;曲轴与机架的结合面也做了同样的假设。因此，理论计算与实际有很大差别。Solidworks分析将载荷均匀的加载在曲轴各个面上，比较客观，分析结果更具合理性。
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