内燃机零部件的微动损伤研究.pdf

《内燃机零部件的微动损伤研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、郭建苏铁熊明振海王强乔林虎：内燃机零部件的微动损伤研究内燃机零部件的微动损伤研究StudyofFrettingDamageinEngineParts郭建苏铁熊明振海王强乔林虎(中北大学)[摘要]本文论述了微动损伤的概念、分类及其危害，具体分析了微动损伤在内燃机连杆大头的齿形配合面、连杆螺栓、连杆小头衬套、轴瓦，机体与主轴承盖的结合面等部位产生的原因、造成的影响，并有针对性的提出了相应的预防措施。(关键词]微动损伤；连杆；轴瓦；机体；主轴承盖0引言内燃机动力性能的日益提高对发动机可靠性问题提出了越来越高的

2、要求。内燃机零部件的微动损伤作为发动机的一种主要失效形式。受到了越来越多的关注。研究表明，内燃机连杆大头的齿形配合面、连杆螺栓、连杆小头衬套、轴瓦、机体与主轴承盖的结合面等部位的微动损伤对内燃机的可靠性有着重要的影响。1微动损伤微动是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下。接触表面间发生的振幅极小(通常为微米量级)的相对运动【”。微动可以造成接触表面摩擦磨损。加速裂纹的萌生和扩展，使构件的疲劳寿命大大降低。微动损伤是微动条件下机械零件的一种损伤方式。按损伤模式的不同，微动损伤可分为三种

3、基本形式：微动磨损、微动疲劳和微动腐蚀。1)微动磨损。指微动在接触表面间产生细小的磨屑，在空气中磨屑被氧化，这些氧化物被称为“微动斑”、“锈斑”、“粘结斑”等，它们的颜色与微动件材质的颜色有所不同，因而在损伤区有无“微动斑”是区分通常磨损与微动磨损的一个重要标志。2)微动疲劳。指零件在接触损伤区内萌生裂纹，裂纹在变应力作用下扩展而导致的疲劳强度下降或早期断裂。3)微动腐蚀。指在电解质或其他腐蚀性溶液中，微动与腐蚀联合作用造成的表面损伤，这种情况下腐蚀作用占优势[21。发动机构件工作中最常见的模式主要是微

4、动磨损和微动疲劳。本文主要研究内燃机零部件的微动损伤情况及其改进设计方案。2内燃机典型零部件的微动损伤及其预防措施2．1连杆大头齿形配合面的微动损伤及其预防措施2．1．1连杆大头齿形配合面的微动损伤内燃机工作时，由于连杆大头两锯齿接触部分在受载振动状况下的微动作用，齿面产生微动磨损直至在齿根附近出现明显的疲劳裂纹，并可能导致断裂。北京理工大学的廖日东、朱东、陈航应用有限元技术对连杆大头齿形配合面的微动作用进行了数值计算和研究。以连杆预紧工况、最大受拉工况、最大受压工况为基础．对齿形配合面的微动滑移量、法

5、向和切向应力进行了计算．定量解释了连杆大头齿形配合面的微动损伤问题。计算结果表明，施加载荷后，茬齿顶附近和齿根附近部分区域出现明显的粘合状态，在齿根和齿侧面的过渡处滑移量较大，齿侧部分区域出现了不同程度的滑移。3种工况下接触区的应力分布如下：1)预紧工况和最大受压工况的最大正应力区域为靠近连杆长短臂内侧乃至中部的齿根部分；2)最大受拉工况最大正应力的作用区域向长臂与短臂的外侧沿锯齿面平移13】。研究表明，无论是长臂还是短臂，在靠近大头孔2内燃机与配件2011年第5期一侧的齿根与左侧齿面连接处极有可能出现

6、裂纹。2．1．2连杆大头齿形配合面的微动损伤措施1)适当减小螺栓预紧力。研究表明，螺栓预紧力的减少使两接触面的微动作用减弱，但宏观磨损程度增加，螺栓的使用寿命受到影响。当预紧力降到一定数值时，会造成连杆螺栓的断裂，连杆最终失效。因此，适当的连杆螺栓预紧力是发动机正常工作的重要条件翻。2)采用合适的加工工艺，减小接触面摩擦系数。大量研究表明，在保证连杆正常工作的条件下，减小摩擦系数有助于改善微动损伤。3)采用固体润滑涂层对连杆大头齿形配合面进行表面防护。改变微动运行的区域和减缓微动疲劳裂纹的形成和扩展。2

7、．2连杆螺栓的微动损伤及其预防措施2．2．1连杆螺栓的微动损伤一般情况下，连杆螺栓是从螺杆中部，即连杆与连杆盖的对口面附近断裂。一旦失效发生，往往是连杆上的两个螺栓都断。中部疲劳断裂的连杆螺栓在疲劳源点处的螺杆表面一般有腐蚀凹坑，或明显的划伤。腐蚀凹坑附近的表面一般有黏附着的金属．这些金属是从连杆上黏结下来的金属。这表明连杆螺栓的这种失效形式，是划伤和微动磨损等表面缺陷诱发的疲劳扩展。微动磨损的具体过程如下：由于振动和循环应力的作用，在连杆螺栓和螺栓孔表面，产生了微小的交变的相对滑移。起初在接触面的凸峰

8、之间粘着，随后粘着点被氧化。在往复的微小切向运动中．此粘着点被剪切一脱落一产生新的粘着点一再剪切脱落．最后在两接触面上形成了许多剪切疲劳裂纹及V形凹坑，这些微小的裂纹，在交变应力作用下，形成疲劳源14I。另外，连杆螺栓装配不当，如装配时受到敲击，螺母装配不到位或者预紧力不够等，均可以使连杆螺栓出现微动磨损，导致失效。2．2．2连杆螺栓的微动损伤预防措施1)提高连杆螺栓、螺母及连杆的加工精度，保证连杆螺栓与螺栓孔之间的配合间隙符合设计要求。2