Crankshaft failure analysis of a boxer diesel motor

This paper reports a failure mode analysis of a boxer diesel engine crankshaft. Crankshafts are components which experiment severe and complex dynamic loadings due to rotating bending combined with torsion on main journals and alternating bending on crankpins. High level stresses appear on critical areas like web fillets, as well as the effect of centrifugal forces and vibrations. Since the fatigue fracture near the crankpin-web fillet regions is one of the primary failure mechanisms of automotive crankshafts, designers and researchers have done the best for improving its fatigue strength. The present failure has occurred at approximately 2000 manufactured engines, and after about 95,000 km in service. The aim of this work is to investigate the damage root cause and understand the mechanism which led to the catastrophic failure. Recommendations for improving the engine design are also presented.     

49MnVS3汽车发动机曲轴冲击性能影响因素探讨

利用火花直读光谱仪、布氏硬度计、扫描电镜（SEM）、光学金相显微镜（OM）等设备对 49MnVS3汽车发动机曲轴冲击功数值出现跳跃性波动现象进行了分析,通过对冲击断裂试样进行表面质量、缺口形状、加工尺寸、化学成分、硬度、断口形貌、非金属夹杂物分布、显微组织形貌等的分析,确定曲轴冲击功检验数据出现跳跃性变化以及数值偏低是因为制备冲击试样的位置及方向不规范造成的。     

曲轴热锻工艺链优化方法及其应用

根据曲轴的热锻生产,以坯料质量、锻造温度和摩擦系数为工艺优化参数,探究四缸曲轴热锻工艺链的优化方法,优化目标包括热锻能耗、生产成本和锻造时间。为了与初始方案进行对比,设计了3个优化方案。基于Deform-3D进行有限元模拟,分析了三个工艺参数对曲轴的热锻工艺的影响,结果表明:优化坯料质量和摩擦系数能够降低锻件温度和成形载荷,减少模具磨损,降低锻造温度收到相反效果。最后,基于事件驱动的模拟,分析了9个参数对热锻能耗、生产成本和时间的影响,其中坯料尺寸对三个目标值的影响最大。     

大偏心量重载的组合式曲轴及其弹性支撑方式的探讨

本文对曲轴的四种弹性支撑方式进行了有限元分析,得到了支撑轴套分别采用四种不同支撑材料的曲轴及弹性支撑的最大应力和应变。以630 k N曲柄压力机所使用的曲轴为例,采用Pro/e软件设计并建立了整体式曲轴、组装式曲轴和部分组装式曲轴在刚性支撑时的三维模型。采用ANSYS软件分别对三种曲轴结构进行了有限元分析,得到了三种曲轴结构的最大应力和应变。从制造工艺、与连杆装配、最大应力和应变等方面对三种曲轴进行了分析对比,为以后曲轴的设计提供参考依据。     

4G6汽油机曲柄连杆机构传动特性研究

曲柄连杆机构是发动机动力传输的核心。以4G 6汽油机为例,研究曲柄连杆机构在作功冲程的受力,运用数学建模方法,分析影响传动的不利因素。结果表明,曲轴最小压力角位于70.52°~75.53°C A,与混合气最大燃烧力在12°~15°C A,二者存在一个相位差;摩擦功是消耗发动机功率的主要因素,连杆大颈回转半径对机构传动有明显影响;曲轴在10°~170°C A机械传动效率保持0.7以上,最大燃烧力的曲轴转角落在效率为0.7以上的区间内,保证了良好的动力性。研究结果为今后进一步提高发动机效率指明了方向。     

高速电弧喷涂再制造曲轴弯曲疲劳寿命及再制造效益评估

针对重载汽车发动机曲轴的再制造需求,基于六自由度机器人自动化高速电弧喷涂系统,采用研制的Fe Ni Cr Al涂层及设计的"环形"、"Z"字型喷涂路径对磨损失效曲轴进行了再制造应用。并与采用常规3Cr13涂层性能对比,采用"Z"字形路径喷涂Fe Ni Cr Al涂层后的残余应力状态与新品曲轴表面应力状态分布较为接近。依照国标QC-T637-2000对喷涂再制造后的曲轴进行弯曲疲劳性能考核,试验弯矩在2305.38 N·m,加载系数1.2时,其疲劳寿命通过1×10~7次,达到国标要求。结果表明:采用研制的Fe Ni Cr Al涂层再制造曲轴弯曲疲劳寿命高于采用常规3Cr13涂层喷涂后曲轴。经济性分析表明:采用Fe Ni Cr Al材料喷涂曲轴消耗的粉芯丝材重量仅为制造新品曲轴所需材料的3%左右,单根曲轴再制造成本,相比制造新品下降了93.8%,再制造过程耗时,相比制造新品曲轴节省了18%。     

过渡圆角对曲轴疲劳强度的影响

对发动机中的曲轴作了简要阐述,对曲轴表面淬火及残余应力进行了分析,在此基础上研究了淬火残余应力对曲轴强度的影响,以确保发动机工作的可靠性。     

RR装置上曲轴镦锻工艺优化研究

以16V280曲轴为试验对象,通过对RR装置的镦锻工艺、曲柄臂锻件形状和锻造模具结构优化,研究了采用小直径坯料的情况下16V280曲轴曲柄臂的成形情况。试验结果显示,优化后的预上弯镦锻工艺,能保证在RR装置上采用小直径坯料镦锻曲轴可行。     

发动机曲轴早期疲劳开裂失效分析

针对某型号发动机曲轴疲劳试验未达到规定载荷累计循环次数,早期疲劳开裂的问题,采用化学成分分析、力学性能测试、断口分析、金相检验和表面氮化层检验等方法对其进行了失效分析。结果表明:该曲轴为疲劳开裂,曲轴过渡圆角处的高应力区存在大尺寸硬质非金属夹杂物是导致曲轴过早疲劳开裂的主要原因;另曲轴过渡圆角处加工质量差,使得该处应力集中加剧,也是致使该曲轴过早疲劳开裂的重要因素。     

发动机曲轴油封接触面磨损的处理

本文详细地介绍了在发动机修理过程中,遇到曲轴的油封接触表面出现过度磨损情况,导致发动机运行时存在不同程度的润滑油泄漏故障,通过分析不同的曲轴油封结构及磨损程度,采取了直接修磨、油封错位安装、安装耐磨套等方法,经过跟踪发动机修理运行使用情况,效果良好。