曲轴疲劳试验.doc

奇 瑞 汽 车 工 程 研 究 院 发 动 机 试 验 规 范曲 轴 疲 劳 试 验曲 轴 疲 劳 试 验上 汽 集 团 奇 瑞 汽 车 有 限 公 司奇 瑞 汽 车 工 程 研 究 院1.0目的本试验的主要目的的评估曲轴的疲劳强度。试验是在专门的疲劳试验机上进行的，它通常是液压驱动，模拟发动机运行时曲轴上所受到的相应载荷。这个疲劳试验是作为产品的认可依据试验件应该可以作为部件生产过程的一个主要验证方法。因此样件应该达到生产的标准。在发动机开发的早期阶段就应该做原型件的初步试验。试验的区间应该是曲轴的圆角，可以用不同的方法增加弯曲疲劳强度，例如滚压和淬水。可以用EXCITE软件计算发动机运转期间的曲轴疲劳强度。计算出曲柄销圆角最低安全安全系数（在最大疲劳破坏载荷），然后用于试验件的弯曲载荷试验的载荷确定。这个意味着弯曲载荷的条件应该用于曲轴疲劳分析的基础上进行。疲劳强度的分析应结合至少两个曲柄销的圆角区域的金相分析检测，另外曲柄销的圆角区域的微硬度测量也应该做，因为他决定于硬度型线。曲轴截面上多点硬度测量结果进行。2.0试验准备在发动机运转时，由计算可知，影响疲劳寿命的主要是弯曲载荷，扭矩对它的影响不是很大。所以评价主要考虑弯曲疲劳。 2.1试验件的准备弯曲疲劳试验在脉动疲劳试验装置上进行。曲轴被切成两部分，包括按两个主轴颈和一个曲轴轴颈为一个轴段单元，通常用第二曲柄做试验。把这个单元的一个主轴销和一个曲柄销夹紧，试验载荷加在第二个轴承颈上，这里加载荷的向量应该在由主轴颈、曲柄销和无轴向力的中轴线确定的平面上。试验载荷可以通过一个可以在第二个主轴径处自由运动、具有节点的杆处来施加。主轴销和曲柄销的夹具必须被设计成压紧力对轴销半径对压力外圆的影响可以忽略的装置，由此在夹具板与销之间的接触域对主轴颈和曲柄销必须有一个很小的距离，这个距离大于圆角半径的3.5倍。3.0使用仪器和设备下表中小的仪器通道必须被控制：仪器通道控制载荷载荷大小（Load level）循环数最大循环载荷数量合适的裂纹指示器（例如载荷大小除以激磁力得到的比例）得到一个详细的开始试验机运行需要的特定指标可能允许的有限指标（如压力或则温度）表1：最小仪器通道4.0试验方法4.1初始试验载荷展示在下面表1的初始的试验载荷是从运行的发动机条件中计算出来的：最大张紧力来源于运转发动机条件下的惯性力最大压力来源于压缩气体最大压力载荷幅值是最大拉力和最小压力间差值的一半允许试验载荷应该覆盖最大拉力（出现在曲轴最大速度点）和最大压缩力（通常出现在发动机在最低转速时的峰值点火压力）的整个范围正常的曲轴载荷的计算是在发动运行处于时相关临界速度/载荷点上。表1：连杆理论载荷。在曲轴上的废气与惯性压力输入参数：峰值点火压力pzmax90bar缸筒直径d 83,5mm行程s 90mm连杆长度l 144mm连杆重心（从大头）l133,47mm连杆质量（包括螺栓和盖）mp0,655kg连杆摆动质量（包括螺栓和盖）mpo=mp l1/l0,152kg连杆旋转质量（包括螺栓和盖）mpr=mp (l-l1)/l0,503kg连杆盖质量mdeck0,220kg连杆大头轴瓦质量msch0kg活塞总质量（包括环与销）mk0,367kg最大持续超速转速nmax6.500r/min参数起源曲柄半径r=s/245mm连杆比率=r/l0.313最大气体压力FG=Pzmaxd2/449.28kN最大角速度=nmax/30680.68l/s曲轴上的压力旋转惯性压力（上至点）Frot=(mpr+msch)r210.48kN摆动惯性压力（上至点）Fosc=(mpo+mk)(1+)r214.21kN最大惯性压力（气体交换TDC）FZ=Frot+Fosc24.69kN最大压缩压力（点火TDC）FD=-FG+Frot+Fosc-24.59kN平均值Fm=(FZ+FD)/20.05kN载荷振幅Fa=(FZ-FD)/224.64kN载荷率Rf=FD/FZ-1.004.2载荷的施加方法：疲劳载荷分析方法是用S-N曲线表示的。这个试验的目的是提供足够的信息来画出这样的一条曲线。显然试验越多曲线就越准确因此疲劳强度就越接近真实值。在样件的试验中，施加的初始载荷要达到计算的理论动态载荷，然后把初始载荷乘以安全系数1.65（看5.1）。样件的试验的载荷应在耐久疲劳强度和低循环疲劳区内的更高载荷之间，在每个试验的整个过程中要求载荷振幅和频率续保持不变，试验最大需要达4106个循环。达到这个循环的部件可以认为“合格（RUNOUT）”，然后增加20%载荷再继续试验，数据的最小指标就得到了，图2显示使用了5个样件的方案，其中2个从新试验后“（合格）RUNOUT”的结果5.0结果处理报告必须包括以下几点：连杆的确认（供应商、型号、材料、零件号、图号）发动机运行的理论载荷（表1）试验（平均）载荷量循环次数绘出疲劳载荷和安全因数的S-N曲线假如开裂，描述开裂位置和其始点假如有用途，可给出另外研究的结果。尤其应注意以下几点：5.1图表上一定有S-N曲线试验结果应被绘制成一个双对数曲线，裂纹近似地用两条直线给处，如图2。因为被试验件的材料不同导致每条曲线的斜率不同，两部分的交点叫做“Kneepoint”，通常在23106个循环内。图2中的第二段线是水平，通常表示材料为钢，在Kneepoint点处的载荷量给出了对样件疲劳的评价。5.2疲劳强度主要的结果是安全系数，它与疲劳强度和理论载荷有关：Ks=疲劳强度/理论载荷定义如下：疲劳强度可以应用的不产生任何破坏的无限的的载荷最大载荷。它可以忽略任何其他影响诸如腐蚀等。疲劳载荷是在S-N曲线上作为“Kneepoint”点。一般推荐，试验结果中