大功率发动机曲轴疲劳断裂研究.pdf

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1、第2期2017年4月内燃机InternalCombustionEnginesNo．2Apr．2017大功率发动机曲轴疲劳断裂研究王坚钢，张学龙，付艳丽，魏顺冬(安徽华菱汽车有限公司重型专用车发动机重点实验室，安徽马鞍LIJ243000)摘要：公司开发的大功率发动机曲轴在进行疲劳试验过程中，主轴颈及连杆轴颈圆角处出现裂纹并断裂。我们通过搜集大量的工艺参数及检测结果对曲轴疲劳断裂的机理进行了全面分析，得出了曲轴断裂的原因，并依据分析原因，制定了整改方案，解决了曲轴疲劳断裂的问题。关键字：曲轴；疲劳试验；裂纹中图分类号：TK413文献标识码：B文章编号：1000—

2、6494(2017)02—0058—05ResearchonCrankshaftFatigueFractureofaHighPowerEngineWANGJiangang，ZHANGXuelong，FUYanli，WEIShundong(KeyLabofHeavy-dutySpecialpurposeVehicleEngine，HualingAutomobileCo．，Ltd．，Maanshan243000)Abstract：Infatiguetest，thecracksandfractureswerefoundinthemainjournalandcon—

3、rodjournalfilletofthecrankshaftwhichwasappliedtothelatestdevelopmentalhighpowerengine．Inthisthesis，inordertocomprehensiveIyanalyzethemechanismofthecrack，manytechnologicalparametersanddetectionresultswerecollectedandanalyzed，thenthereasonsoncrankshaftfracturewereconfirmed．Finally，th

4、eimprovementprogramwasproposedandadoptedaccordingtotheanalysisresultsandthefatiguefractureproblemwassuccessfullyresolved．Keywords：crankshaft；fatiguetest；crackO前言曲轴的作用是把活塞、连杆传来的气体力转变为扭矩，以驱动汽车的传动系统和发动机配气机构以及其它辅助装置。曲轴在整个发动机系统中扮演着重要角色，如果曲轴容易开裂，发动机仅能在低扭矩下安全工作，较高扭矩将引起发动机致命失效。我们针对大功率柴油机曲轴

5、疲劳断裂”。I的问题进行了全面的断裂机理分析，并根据分析结果提出了整改措施，很好地解决了曲轴疲劳断裂的问题。图1衄轴疲劳试验开裂区裂现象，具体开裂位置见图1红色标识区。1问题描述2曲轴疲劳试验过程在公司最新研发的发动机项目中，第一批A样机的曲轴由国内某知名曲轴厂提供，在进行疲劳试验的过程中发现主轴颈及连杆轴颈圆角处出现开作者简介：王坚钢(1984一)，男，湖南宁乡人，工程师，主要从事大马力柴油机的设计开发工作。收稿日期：2017—01—162．1疲劳试验边界条件曲轴疲劳试验采用ERD—IOOS／WN电动谐振疲劳试验机，该疲劳试验机由函数发生器发出指定频率和指

6、定幅度的正弦波来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，即为正常的工作状态。并把共振频率的下降量作为曲轴第2期王坚钢，等：大功率发动机曲轴疲劳断裂研究破坏的判断依据，当共振频率的下降量达到初始试验频率的1％时作为试样开裂的判据。疲劳试验机加载示意图见图2，疲劳试验机的加载实物图见图3，加载位置在曲柄臂。疲劳试验加载的形式为平面弯曲对称循环载荷，加载频率约为0．5Hz，对称循环载荷的大小为±6668N·m。图2疲劳试验机弯矩加载示意图图3疲劳试验机弯矩加载实物图2．2疲劳试验结果本次疲劳试验共有1

7、3个试件，曲轴设计的理论弯矩为3650N·m。根据经验，安全系数不小于1．771，因此曲轴疲劳试验弯矩必须通过6464N·m，存活率达到50％以上。但是此次疲劳试验所取的13个试样中，3个通过试验，10个出现裂纹，未达到疲劳试验要求。疲劳试验后的曲轴断裂图见图4。图4陷轴断裂图3曲轴断裂原因分析曲轴在疲劳试验时出现断裂，其原因是多方面的，在排除了试验因素和曲轴结构等原因后，我们主要从后曲轴断裂的机理出发，来分析曲轴疲劳断裂的原因。热处理工艺是影响机械陛能的重要方面，须重点关注，同时兼顾工艺各个流程进行分析。3．1曲轴材料该曲轴材料选用S38MnSiV，该材料

8、是用于发动机曲轴材料的非调质钢，主要用于生产D611