发动机连杆的故障分析与改进

发动机连杆的故障分析与改进

0连续工艺中连杆受力的形式黄连是发动机中最复杂的元件之一，也是传递动力的重要部件之一。荷载和工作条件复杂。如果发生故障，所有发动机都将遭受严重损失。一般来说，连通性故障都是疲劳和破坏。因此，应调查黄连的疲劳。连杆在工作中主要受力形式有:1)螺栓预紧力和轴瓦、衬套的过盈力。2)由最大爆压产生的压力。连杆带动活塞运动,当活塞处于上止点附近时,燃烧气体对活塞的压力传递给连杆。3)连杆大头的旋转惯性力。在柴油机工作时,曲轴带着连杆大头旋转,而曲轴旋转产生了离心力,该离心力产生了连杆大头的惯性力。4)连杆组和活塞组的往复惯性力。连杆在工作时,我们可以认为小头在做往复的直线运动,大头在随着曲轴做旋转运动,而杆身在做复杂的平面运动。并且活塞组在随着曲轴的旋转做着速度变化的往复运动,在中间附近速度最大,而在上、下止点时候速度为零,因此也就使连杆小头产生了往复惯性力。1接触损伤的连锁反应疲劳是连杆由于循环载荷引起的局部损伤过程。这是由连杆的裂纹萌生、扩展和最终破裂在内的累计过程造成的综合结果。在循环加载期间,在最高应力区域发生局部塑性变形,这种塑性变形引起对连杆的永久性损伤和裂纹扩展。随着连杆经历不断增加的加载循环次数,裂纹的损伤长度随之增加,在达到一定循环次数之后,裂纹将导致连杆断裂。通常疲劳过程可以观察到的有以下四个阶段:1)裂纹成核阶段。裂纹在接近高应力集中的局部剪切面上启裂,局部剪切面通常发生在表面或晶粒边界之内。2)短裂纹生长阶段。裂纹在局部最大剪切面上沿着大约几个晶粒的有限长度的初始裂纹扩展。3)长裂纹生长阶段。裂纹扩展到主力面上,并且局部沿着最大剪切应力方向扩展。4)最终裂纹。2连续工段整体断裂由文献可以看出,连杆出现疲劳破坏的位置大概有5个部位:连杆螺栓底部断裂、连杆螺栓断裂、连杆盖断裂、连杆杆身断裂、连杆小头断裂。通过以下文献具体说明了一下连杆断裂的原因。2.1柴油发电机连杆断裂机理文献对压缩机连杆断裂进行失效分析,断裂位置在连杆小头,断裂原因是由连杆小头孔内表面的应力集中产生疲劳裂纹。由于在运行过程中,连杆小头局部受力不均匀,且小头存在加工痕迹,造成该部位的应力集中,因此连杆在交变应力作用下,很容易在应力集中的位置产生微裂纹或晶间裂纹,随着时间的增长,裂纹逐渐扩展,裂纹源成为疲劳源,最后累计到一定程度连杆就会瞬间断裂。文献对柴油发电机连杆断裂进行了分析,其破坏位置在连杆小头。其根本的断裂失效原因是连杆小头的折叠裂纹引起的,原材料存在裂纹,并且在加工时裂纹没有切除干净,使微裂纹残留在材料的表层,并在锻造时被卷入材料内部,也就形成了折叠裂纹,该折叠裂纹在锻造和调制处理后,受到长时间的高温影响,使裂纹的两侧出现了严重的氧化脱碳现象,由于连杆长期承受交变应力和往复作用力的情况下,由于该部位的应力集中问题,导致微裂纹不断向连杆小头的内部扩展,最终导致了连杆小头的断裂。2.2材料缺陷引发的断裂失效文献对客车柴油发动机连杆失效分析,失效的连杆为发动机的第六根连杆,其断裂位置是连杆杆身。采用宏观断口分析、微观断口分析、金相组织及夹杂物的成分分析的试验方法,对试样的金相组织和断口形貌进行分析,确定发动机连杆断裂的根本原因是由于连杆材料内部存在大量的非金属夹杂,严重地影响了连杆的疲劳强度。在断口裂纹源区和金相检测分析中,发现在断口处发现S、Mn、Si、Al等元素含量很高,并且有不少杂质,局部还有少量炉渣,就是由于这些杂质的影响,在交变应力的作用下,导致了裂纹源的形成,随着时间的增长,裂纹从较慢扩展变为快速扩展,在随着损伤的不断积累,到最后自身的强度不能来抵抗外来的应力作用,最终导致连杆瞬间断裂。文献对485Q型柴油机连杆断裂失效进行了分析,连杆的断裂位置是连杆杆身。经宏观和微观分析得出断裂原因是由于连杆杆身内部存在凹坑以及凹坑内表面的颗粒状夹杂物,使该部位有很大的应力集中问题,连杆在长期高速运转和受到交变载荷的作用下,使连杆内部萌生了微裂纹,微裂纹在连杆工作情况下,逐步向连杆材料的内部扩展,最终导致连杆疲劳断裂。2.3大头盖断裂,连杆嘴唇变形文献对连杆大头盖断裂进行了分析,压缩机在正常运行时,突然油压低落,曲轴箱发出异常声音停车,经检查发视连杆大头盖断裂,连杆大头变形。其断裂的原因是连杆组是铸件,铸造过程中使零件内部有气孔、砂眼,伴随着很大的残留应力,并且材料本身还有非金属夹渣、夹灰等缺陷,连杆大头盖表面质量不高,有加工过深的刻痕,应力集中现象非常严重,因此在连杆长期受到交变载荷的情况下,在最薄弱的部位开始行程微裂纹,在随着裂纹的进一步发展,最终使零件断裂。2.4螺栓断裂原因文献对35CrMoA钢连杆螺栓断裂失效进行了分析,其断裂位置是连杆螺栓的螺牙根部。在对连杆螺栓的化学成分、硬度、力学性能进行了金相、扫描电镜及能谱分析,得到连杆螺栓断裂属于旋转弯曲疲劳断裂,原因是在螺栓螺牙根部的表面存在应力集中现象,并且材料的强度不足以及内部发现较多的长条状的呈浅灰色的MnS夹杂物,导致了连杆螺栓的微裂纹的产生,在连杆工作时,螺栓收到拉伸变形,材料滑移而产生更多的微裂纹或者小孔,随着时间的增长,夹杂物与金属界面分开,小孔在材料内部向周围扩散,孔洞不断长大、连接,最后形成大裂纹导致螺栓断裂。2.5螺栓孔加工干的位置和厚度文献对马自达MA发动机连杆断裂失效进行了分析,发动机连杆的失效里程在3000~60000km之间,连杆折断导致刺穿缸体的质量故障,并且发动机缸体穿孔的位置都基本一致。其根本原因是由于是MA发动机连杆螺栓孔加工过深,使连杆大头的螺栓底部位置连接处大约有1cm大范围内螺栓孔在连杆杆身上,导致壁面变薄厚度在在1mm以下,存在加工穿透连杆杆身的可能性。并且在断口处螺栓孔两侧面不均匀,可能是加工螺栓时偏心或者是加工螺栓孔时在螺栓孔底部位置产生了应力集中或者锻造连杆时截面不对称造成的,因此强度不能满足使用需求,在连杆高速运转和承受高载荷时受到扭曲应力的不断增加从而引起扭曲裂纹,并随裂纹扩展而折断。3关于连续工艺和血清内连塔酸连续剂材料热处理对于连杆的失效,我们可以采取以下措施:1)改善连杆的加工工艺。文献[11~12]对连杆的裂解工艺做出了一个具体的分析,裂解工艺使连杆减少了加工工序,不但提高了连杆工作的强度,也降低了连杆的生产成本,并且连杆裂解新技术已成为一个国家发动机连杆制造业发展水平的重要标志。文献对连杆材料热处理进行了说明,表明如果在零件使用前热处理不当的话,会使连杆的机械性能很差,也会是连杆疲劳断裂的主要原因。因此我们应注重零件的