某汽车发动机曲轴加工工艺及夹具设计-长980.4【含10张CAD图纸+文档全套】
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含10张CAD图纸+文档全套
汽车发动机
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980.4
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- 内容简介：
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工程故障分析期刊主页：/locate/engfailanal直升机发动机曲轴的故障分析V. 英凡特a,*，M.弗雷塔斯a,b，M.丰特a,cA拉耶塔，高级技术学院，里斯本大学，罗维斯科佩斯大道（1049-001），葡萄牙里斯本b亚特兰蒂斯 大学管理，卫生，技术与工程学院，法布里卡达波沃拉，2730-036葡萄牙巴卡雷纳c航海学校，2770-058帕乔德 阿克斯，葡萄牙摘 要提出了对属于直升机发动机的曲轴故障的详细分析。这项工作的主要目的是分析故障的特征并确定曲轴故障的根本原因。为了确定曲轴失效的原因，进行了材料分析，然后通过宏观，微观和微观结构检查断裂表面来详细观察失效机理。曲轴断裂的初步观察表明，这种失效是由疲劳过程引起的，在疲劳过程中，断裂表面显示出明显的循环传播机制迹象。大量海滩痕迹的存在表明裂纹显着扩展，其特征是由运行条件引起的发动机连续启动和停止的影响。这些滩涂覆盖了断裂表面总面积的约三分之二，并且沿着整个传播区域，裂纹前沿的均匀几何图案沿着整个传播区域得出的结论是，疲劳过程是由加载状态发生的，该加载状态主要由循环弯曲应力组成。曲轴网和曲轴主轴颈。在材料的表面或内部均未观察到原始缺陷，该缺陷可能是裂纹产生，扩展和随后的最终断裂的根源。对应用于主轴颈的轴承的分析表明，轴承凸耳断裂严重，据认为这是曲轴开裂的根源。1. 引言曲轴是发动机的结构部件和关键部件之一，该发动机将线性活塞运动转换为旋转运动，同时将力连杆转换为扭矩。发动机曲轴的主要故障模式是疲劳，因为这种类型的部件会受到扭转应力和旋转弯曲应力的共同作用1,2。 限制曲轴疲劳强度的因素有：使用中的负载，部件或材料的不正确设计，制造缺陷或旋转零件的润滑不良。曲轴故障会加剧其他发动机零件的损坏，例如活塞，连杆等。3。 考虑到缓解措施，对此类损坏的故障分析可以避免类似的故障。因此，发动机曲轴故障研究的结果已经在几项研究中提出1-13。工作 6提出了卡车柴油机曲轴的故障分析结果，其中曲轴的故障机理是疲劳和断裂的多源。作者得出的结论是，期刊上缺乏强化案例的主要原因是失败。7对柴油发动机曲轴的故障进行了有趣的研究，并提供了数值分析，其中在曲轴销的圆角处观察到了很大的应力。曲轴的故障与高循环疲劳有关。汽车曲轴的分析在8,9。 B.卡里姆8发现扭转振动和润滑性差是造成故障的主要因素，并提出了选择合适的车辆曲轴的指南。在9概率的并进行统计分析以获得组件的耐用性。图1 直升机发动机李伟等人介绍了曲轴故障的结果。10中使用实验方法和理论计算得出的结论是，断裂是由于高应力集中所致。文章对曲轴球墨铸铁的疲劳和断裂行为进行了评估11。 断裂机理是微裂纹和二次裂纹（接近节状石墨）。如图所示，本研究中分析的零部件，曲轴和相应的壳体轴承属于直升机发动机如图1。 曲轴在主轴颈3和曲柄腹板之间发生故障，断裂的曲轴的两个部分如图所示图2。 放置在发动机主轴颈底座上的壳体轴承也显示在图3。 这些外壳轴承的编号与曲轴主轴颈（图4），并根据直升机中曲轴箱的位置在右侧或左侧如图5。图6中显示了曲轴箱的右侧，其中故障曲轴从主轴颈圆角开始沿横向腹板部分断裂n.32. 曲轴故障2.1. 发动机直升机发动机（图1）是水平对置的风冷六缸（平箱型），容量为200 HP。曲轴箱的右侧显示为图6，可以确定从主轴颈1到主轴颈3出现故障的曲轴部分，并在其中观察到故障。2.2. 曲轴曲轴的断裂面，见图7目视观察并通过光学显微镜观察，以表征断裂表面并确定导致部件失效的裂纹的萌生和扩展。图8显示了对应于图中A面的一个断裂面图7，显示出平坦和平坦的区域，在这些区域中，由于疲劳裂纹而导致断裂明显。对该断裂面的更详细观察表明，裂纹面的扩展与取决于加载周期的断裂机理的发生相容。起始区域附近的断裂表面上的滩涂是疲劳传播特性12。主轴3主轴4主轴1主轴2断裂面图2 曲轴附近主轴整体断裂的曲轴3左壳轴承n.2右壳轴承n.2左壳轴承n.3右壳轴承n.3左壳轴承n.4右壳轴承n.4图3 外壳轴承2、3和4，左右主轴4主轴1主轴3主轴2图4 曲轴组件概述如图所示，在裂纹扩展区有一个润滑孔如图8。通过光学显微镜观察断口表面，可以确认断口区域呈现出相对规则的表面，断口表面有两个不同的区域：第一个靠近裂纹萌生区，应力集中表明裂纹萌生区缓慢扩展沿着表面造成零件断裂，第二个零件沿表面传播，直到最终断裂为止。在裂缝表面观察到海滩痕迹，覆盖裂缝区域的约2/3如图9。然而，剩余区域呈现出独特的形态图案，其特征在于，由于较小的电阻区域而导致的过载导致更大的表面粗糙度，该较小的电阻区域突然发生并且在部件整体分离的最终时刻之前。这些标志清晰可见，而且数量众多如图9，表明由于使用条件对零部件的连续启动和停止的影响，裂纹尖端处出现了明显的疲劳裂纹扩展。从观察到的滩涂可以看到的另一个特征是它们均匀的前进方式，没有明显的证据表明扭转效应会改变裂纹前沿的方向。在光学显微镜下，曲轴断裂表面上的一条径向线也可见，如图10。外壳轴承3外壳轴承4外壳轴承2图5 曲轴相关零件图6 曲轴箱和曲轴断裂图7 曲轴两侧的整体视图a）A面；b）B面静态断裂带静态断裂带过渡线过渡线裂纹起源疲劳断裂面积图8 曲轴的断裂面（A面）图9 海滩痕迹对应于两个平面的交点，其中裂纹的两个起点独立传播，直到最终断裂发生。在图10还可以观察到位于裂纹扩展区的棘轮痕迹的存在。这些棘轮标记始于最大的作用力区域，与局部验证的高应力有关13。图11是的放大图像图10在两个疲劳裂纹的起始区，分别为裂纹1和裂纹2如图11a和b。图12示出了在断裂表面和轴颈表面之间的边缘，其中没有检测到初始的冶金缺陷，但是在主轴颈表面上观察到了圆周标记。图13是一张带有断裂面的曲轴内平面的照片，其中可见不同的疲劳传播平面。可以看出，裂纹2的传播平面与裂纹1的传播平面相交，在那里可以观察到一些次级裂纹的存在。还观察到沿着主表面的圆周痕迹的存在。棘轮效应裂缝1裂缝2辐射线图10 径向线和棘轮现象以及断裂面的起始区域 图11 放大倍数图14. a）裂纹1；b）裂纹2裂缝传播路径1裂缝传播路径2图12 断裂面和零部件表面之间的边缘 图13 曲柄表面的细节并与裂纹萌生和扩展的方向一致。这些圆周痕迹一定是由轴承壳的接触引起的。如图3所示，在轴承座的侧面平行曲轴轴承的轴线的运动中，该侧面在曲轴的一致区域中。3. 故障分析在观察曲轴断裂面和观察到的主轴颈损伤之后n.3重要的是找到促进疲劳裂纹引发曲轴断裂的机制。在对发动机的其余部件进行详细观察期间，可以发现壳形轴承没有呈现出制造商定义的几何形状，即右壳形轴承的定位凸耳的配置n.3和4所示如图14。 因此，决定详细分析这些组件。图14 a，b和c显示了左右壳轴承n.4、3和2分别对应于各个主要期刊。可以看出，在右壳上带有n.3和n.4看不到促进轴瓦轴承和主轴颈之间连接的定位凸耳，右轴瓦轴承的定位凸耳n.2已损坏。左壳轴承的视觉观察n.2、3和4在接线片的位置未显示任何损坏。还通过光学显微镜观察了壳体轴承，以确定壳体轴承3和4（右侧）的定位凸耳是否最初存在。图15显示右轴承座的位置凸耳n.2可以观察其横向磨损。显然，如果曲轴要长时间运行，则该定位凸耳最终将被磨损，直到完全卸下。对右侧轴承座的定位凸耳附近区域的详细观察n.2允许检测定位凸耳区域中的裂纹如图16，这可能是由于此类定位凸耳的制造过程所致。图17显示了右壳轴承的位置凸耳区域n.4显示了没有定位凸耳和横向由于盖相对于曲轴主轴颈轴承的轴线平行运动而产生裂纹。从观察图17可以预见的是，在初次组装时，外壳轴承为n.4中的定位凸耳具有定位凸耳，并且可以得出的结论是，定位凸耳磨损的原因是由于轴承的轴向摩擦运动引起的。左壳轴承n.3左壳轴承n.4左壳轴承n.2右壳轴承n.2右壳轴承n.3右壳轴承n.4图14 带有a）的壳 左右4个；b）n.左右3个；c）2个左右 图15 右壳轴承n.2 位置凸耳 图16 右壳轴承n.2 位置接线片的区域 图17 右壳轴承n.4 裂纹位于定位凸耳区域 图18 右壳轴承n.3 定位耳和领带的区域 右壳轴承n.3还显示了由于定位凸耳的存在而产生的裂缝，尽管在某些情况下定位凸耳不可见。图18还显示了轴承的端部的塑性变形n.3所示的实施例中，由于在直升机发动机操作期间平行于壳体轴承所经受的轴线的运动而形成了颈带。该证据表明，主轴颈上的圆周表面标记如图13是由于壳轴承的轴向运动而使壳轴承与该表面接触而引发的n.3紧贴曲柄腹板和主轴颈的表面，不仅使壳轴承（颈带）发生塑性变形，而且在支撑件中出现了磨损痕迹，从而促进了两个疲劳裂纹的产生。在图19可以更详细地观察到轴承座的颈带。显然，观察到的壳体轴承的塑性变形和磨损导致曲轴腹板和主轴颈的损坏，从而导致曲轴的裂纹萌生和最终失效。在左壳轴承上检测到任何类型的磨损现象。输出角度输入角度图19 右壳轴承n.3 颈带区 4. 结论- 断裂表面的视觉观察和光学显微镜观察显示出循环传播机理的迹象以及曲柄销的腹板圆角处出现疲劳过程n.3;- 大量海滩痕迹的存在表明了材料的塑性变形，这是由于工作条件对部件的连续启动和停止的影响。这些海滩痕迹覆盖了断裂表面总面积的三分之二，并且沿着整个传播区域的裂纹前部具有均匀的几何图案，可以得出这样的结论：疲劳过程是由基本由循环弯曲组成的加载状态引起的主轴颈和曲柄网之间的应力；- 在曲轴主轴颈的表面上或在内部的材料中均未观察到缺陷，这些缺陷可能是部件破裂的根源。- 可以看到两个独立扩展的裂纹的产生。- 右壳体轴承的接触引起的圆周痕迹n.3中的曲柄表面显示了由右壳轴承n.3引起的损坏在曲轴表面区域，这促进了曲轴腹表面上两个疲劳裂纹的产生；外壳轴承与曲柄腹板在断裂区域的接触是由于右侧外壳轴承的定位凸耳的磨损和断裂所致。 致谢这项工作得到了运输和航空学联合实验室（LAETA）之下的机械工程学院（IDMEC）的“Fundaopara aCinciaea Tecnologia”（FCT）的支持，项目UID / EMS / 50022 / 2019。参考文献【1】M方特，李斌，L.里斯，M.弗雷特斯，机动车曲轴故障分析，35（2013）147-152【2】M.方特，V.阿纳斯，P.杜兰特，L.雷斯，M.弗雷特斯,柴油发电机曲轴故障分析，56（2015）109-115【3】L.维特克，柴油机排气门的故障和热机械应力分析66（2016）154-165【4】M.方特，V.英凡特，L.雷斯，M.弗雷特斯，柴油发动机曲轴的失效模式分析，82（2017年12月）681686【5】M.方特，P.杜兰特，L.雷斯，M.弗雷特斯，V.英凡特，单缸柴油机两个曲轴的失效模式分析，56（2015年12月）185-193【6】徐晓磊，于志伟，卡车柴油发动机曲轴的故障分析，92（2018年10月）84-94【7】露西简 维特克，迈克尔 西柯拉，托马兹 崔泽皮斯尼斯克，柴油机曲轴的应力和故障分析，82（2017年12月）703-712【8】B.卡尔莫，维修改装模型方法下汽车曲轴的机械故障分析，80（2017年10月）87-101【9】SSK 辛格，S.阿布都阿，N.尼卡不都阿，了解汽车曲轴随机疲劳失效的需求：综述，80（2017年10月），464-471【10】李伟，闫庆，薛建华，曲轴疲劳失效分析，55（2
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