汽车发动机曲轴疲劳试验方法[1]VIP免费

汽车发动机曲轴疲劳试验方法曲轴是汽车发动机的重要部件，无论是在产品开发阶段还是在生产检验阶段，都要求对曲轴的疲劳性能进行检验。在发动机实际运行过程中，曲轴所承受的载荷主要是弯曲／扭转复合载荷，弯曲疲劳破坏是曲轴失效的最常见形式，而在发动机输出功率较大、曲轴承受扭矩较大的情况下，扭转疲劳破坏则成为主要失效形式。在多年探索曲轴疲劳试验的基础上，国内外形成了弯曲和扭转疲劳试验的多种方法，采用了不同的评价指标，对曲轴的可靠性进行了充分研究和探索。尤其是在国外，许多试验方法简便、快捷且有效，具有借鉴和推广价值。在国内曲轴扭转疲劳试验方法尚属空白的情况下，我公司进行了深人研究，目前已形成曲轴扭转疲劳试验能力，并摸索出了几种试验方法，可以实际应用于产品开发和生产检验。1、曲轴弯曲／扭转疲劳试验考察目标鉴于曲轴失效的主要形式通常为单纯的弯曲疲劳破坏或扭转疲劳破坏，同时考虑设备的能力及考察的准确程度，在对曲轴进行疲劳试验时，通常是进行独立的弯曲疲劳试验或（和）扭转疲劳试验。但是，无论进行哪种试验，采用哪种标准（规范、方法等），一般情况下，考察的性能指标主要有以下几种。a.在50%存活率下的弯曲／扭转疲劳极限及安全系数。b.测定弯曲／扭转S-N曲线。c.在某一弯矩／扭矩下的疲劳性能。d.测定圆角应力。e.常规性能检验，包括化学成分、金相组织、表面处理、强韧性以及疲劳试验前后的探伤检验等。2、曲轴弯曲疲劳试验方法2.1试验设备目前从设备原理上分，国内外应用的曲轴弯曲疲劳试验设备主要有电磁激振式、机械式两大类，而电磁激振式曲轴疲劳试验机的应用最为广泛。与机械式曲轴疲劳试验机相比，电磁激振式曲轴疲劳试验机的电耗功率小、设备能力高、指示精度高、判断试验件的破坏程度较为灵敏。电磁激振式曲轴疲劳试验机主要由电控系统、机械谐振系统两大部分构成。电控系统主要由功率放大器、函数发生器、计数器、动静态电阻应变仪等构成。机械谐振系统主要由激振器、龙门架、振动摆体等构成。函数发生器发出指定频率和指定幅度的正弦波，驱动功率放大器使激振器产生振动波形，机械谐振系统随之产生振动，调整函数发生器发出的频率至系统的共振频率，即进人正常的工作状态。根据共振频率下降的情况来判断曲轴的破坏情况。使用该种设备进行试验时，试验样品必须是独立的曲拐单元，试验时通过夹具夹在两主轴颈上。以我公司现有的QY曲轴疲劳试验机为例，设备能力最高可达10000N·m（试验弯矩），频率指示精度可达0.01Hz可在0~2.56x108范围内计数，其外观见图1。机械式曲轴疲劳试验机主要由激振臂、谐振臂、激振器、交流电机、变频调速器、速度传感器、工控计算机等构成。试验曲轴夹持在激振臂和谐振臂之间构成音叉，当电机旋转驱动偏心振子产生离心力时曲轴被激振。选择适当的偏心距，控制电机转速以达到曲轴试验弯矩的负荷要求，保持恒定转速持续试验。在裂纹出现后，因刚度减小致使激振臂、谐振臂摆幅增大，系统即报警停车。该设备的优势在于，试验样品可以不是独立的曲拐单元，减少了试验前的准备工作量。机械式曲轴试验台见图2。2.2通常采用的试验方法根据不同的试验目的，对试验样品（曲拐）的数量要求有所不同。对应于第1节中不同的考察目标，样品数量分别为：a.大于8件，升降法试验，相邻试验弯矩增量在5%~10%，有效对子数目大于3个；b．大于15件，试验弯矩水平不得小于4级，其中必须有一级弯矩水平在疲劳极限10%以内，其余遵照S－N曲线法进行试验；c.2-4件；d:l件。在进行疲劳试验时，对试验曲拐施加一定频率的正弦波，载荷的标定和控制都是通过在连杆轴颈上贴应变片（见图3），再通过测量该应变片的应变来实现的。为了保证试验准确，对每件试验的曲拐一一标定。试验循环基数可根据不同的需要取1x107次或5x106次。曲轴弯曲疲劳试验的危险部位一般为连杆轴颈过渡圆角和主轴颈过渡圆角，见图3中箭头所示，尤以连杆轴颈过渡圆角破坏更多。所以，一般情况下都是通过在连杆轴颈过渡圆角处贴应变片的方法来测定应力大小。当需要用安全系数来评价曲轴时，通常要用到工作弯矩的概念。曲轴名义工作弯矩为：式中，M-1为名...