发动机凸轮轴轴承盖失效及改进分析

《发动机凸轮轴轴承盖失效及改进分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、发动机凸轮轴轴承盖失效及改进分析：发动机凸轮轴轴承盖的结构设计和强度分析在发动机开发之初起着非常重要的作用，为了避免凸轮轴轴承盖疲劳断裂导致发动机报废，在前期设计时，必须进行强度分析。本文以某款发动机轴承盖断裂事件为例，对失效件进行材料分析、断口分析和显微组织分析，并采用TYCON、ABAQUS和FEMFAT分析软件进行疲劳计算分析，最终提出合理的改进方案，经过对比分析计算和可靠性试验验证满足要求，为今后发动机开发提供参考依据。　　关键词：轴承盖、强度分析、失效分析　　　　1主要内容　　某款发动机500小时可靠性试验台

2、架运行55小时，凸轮轴轴承盖发生断裂失效（图1）。　　　　　　　　　　图1　　　　2试验分析　　2.1化学成分检测（GDS光谱法）　　　　　　　　2.2硬度检测　　标准要求HB为75～100，实测结果为HB88.2，符合要求。　　2.3断口分析　　断口见图2，断裂起源于箭头所示一侧。在扫描电镜下观察，裂源处未发现铸造缺陷，断面上有疲劳辉纹，见图3。综合断口分析结果认为该轴承盖为疲劳断裂。　　　　　　　　图2　　　　　　　　图3　　2.4显微组织分析　　显微组织为：α-Al（杆状、针状）共晶Si，未发现过烧现象，见图4。

3、　　　　　　　　图4100X　　2.5试验结论：　　2.5.1、轴承盖为疲劳断裂；　　2.5.2、轴承盖的硬度符合技术要求，显微组织无过烧现象，T6处理正常；　　2.5.3、从显微组织中共晶Si呈杆状、针状的分布形态分析,该轴承盖在铸造时未进行变质处理，建议对该件在铸造时进行变质处理，以提高强度；　　2.5.4校核设计强度，必要时可适当增加断裂处的厚度，以提高强度。　　3改进措施　　3.1具体方案　　根据试验结论在现基础上螺栓孔处增加2mm厚度，同时对比加锶与不加锶两种方案。　　改前改后对比见图5、图6、图7、图8　　

4、　　图5　　　　　　　　图6　　　　　　　　图7（改前，最小壁厚为6.72mm）　　　　　　　　图8（改后，最小壁厚为8.47mm）　　　　3.2疲劳分析　　3.2.1用发动机配气机构计算软件TYCON计算的进排气侧凸轮轴受力情况如下：　　　　　　　　排气侧第五轴承盖受力最大，沿活塞运动方向最大受力为3393.02N，由于为最恶劣工况，本计算采用该冲击力进行计算。　　3.2.2用ABAQUS有限元计算，后进行FEMFAT疲劳计算，结果为原方案最小安全因子0.8，如图9所示区域；新方案加高2mm，最小安全因子1.0，如图

5、10所示区域。　　　　　　　　图9　　　　　　　　图10　　现生产状态最小安全因子为0.8，新方案最小安全因子1.0，发生区域均在实物断裂区域，新方案与原方案相比，有明显改善。　　3.3静载荷测试　　　　　　　　通过加高轴承盖，静载荷在现生产基础上平均提高（4063.1-3739.8）/3739.8×100%≈8.6%;在加高轴承盖基础上加锶变质处理,静载荷在现生产基础上平均提高（4478.7-3739.8）/3739.8×100%≈19.8%。　　加高后，加锶与不加锶两种状态样件经过多轮可靠性耐久试验未再发生断裂现象

6、。　　　　结论：从以上分析可知，凸轮轴轴承盖断裂原因是由于当初设计强度不够，导致疲劳断裂，经过如上方案整改后耐久验证，满足设计要求。