汽车发动机曲轴疲劳性能分析研究

目的汽车发动机曲轴在疲劳实验的过程中,经常会出现非正常疲劳裂纹,裂纹从轴颈末端的油孔槽开始起源,造成曲轴轴颈的扭转强度达不到要求。有必要对汽车发动机曲轴的疲劳性能进行研究。方法通过疲劳、拉伸、金相实验以及疲劳断口SEM手段,对曲轴疲劳试样进行了分析。结果汽车曲轴疲劳实验在循环基数为1×107次下,弯矩的疲劳极限为607.5 Nm;曲轴轴颈的中部所受到的疲劳极限压力为96.7 MPa;该40Cr曲轴断口为典型的韧窝和台阶混合断裂。结论曲轴的钻油孔在轴颈内壁造成的应力集中,比较容易产生缺陷;曲轴轴颈在交变应力的作用下,很容易产生疲劳裂纹并扩展,导致曲轴的早期断裂。     

曲轴弯曲疲劳试验裂纹研究与失效判定

通过对疲劳裂纹的产生、扩展机理研究和试验,结合疲劳试验数据分析了疲劳裂纹扩展与疲劳寿命的关系。试验结果及分析表明,大量经圆角滚压强化的球墨铸铁曲轴,疲劳试验运行107次在连杆颈与曲柄臂过度圆角产生微裂纹,该裂纹属于非扩展裂纹,继续试验时裂纹不扩展,试样在该载荷下具有无限疲劳寿命。     

汽车发动机曲轴断裂失效分析

某厂生产的发动机曲轴在用户使用过程中,3个月内共发生了4起曲轴断裂失效事故,采用化学成分分析、金相检验、硬度测试以及断口的宏、微观形貌分析等方法对断裂曲轴进行了分析。结果表明：曲轴断裂为高周低应力弯曲疲劳断裂,导致其断裂的主要原因是在曲轴第一曲拐过渡圆角R附近的曲柄表面聚集分布着机加工刀痕,形成了应力集中;在用户行驶过程中因车况、路面等复杂因素形成的过载或冲击载荷等作用下,在第一曲拐轴颈尺附近曲柄表面应力集中的机加工刀痕处萌生疲劳裂纹,并逐步扩展直至断裂失效。     

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。     

弹性铜合金带的弯曲疲劳试验

自行设计,制造了带材弯曲疲劳试验机。采用恒应力试样,对国产厚度为0.4mm 为铍青铜(QBe2固溶处理后,320℃3h 时效)和锡磷青铜(QSn6.5～0.1硬态)进行了弯曲疲劳试验,得出了它们的疲劳极限为,铍青铜σ_(-1)(10~7)=S45N/(mm)~2,锡磷青铜σ_(-1)(5×10~6)=154N/(mm)~2,与国外同类材料相比,锡磷青铜疲劳极限至少要低40%左右。对疲劳后的断口进行了观察。     

悬臂弯曲加载金属材料疲劳损伤的测量方法研究

基于损伤力学理论,提出了一种金属材料疲劳损伤测量的新方法。即采用光滑板状试样,通过悬臂弯曲加载方式,以10CrNiMo钢为对象,研究金属材料疲劳损伤与其宏观参量——施力点位移特征量的相关性。研究结果表明,金属材料的疲劳损伤与其施力点位移特征量峰值满足特定的函数关系。据此,可以通过监测施力点位移特征量峰值的变化,来间接测量金属材料的疲劳损伤,并和相同加载条件下该材料的疲劳损伤临界值进行比较,从而为金属材料的安全服役和剩余寿命评估提供依据。     

汽车发动机曲轴断裂分析

某6缸发动机曲轴在运行8910km时,第六曲拐颈断裂。对断裂曲轴进行了断口观察、化学成分复验、基体硬度和显微组织检验。结果表明,曲轴的拐颈断裂为扭转疲劳断裂,断裂疲劳源位于油道孔与倒圆角曲面交接处,此处的切削加工刀痕及金属损伤形成应力集中且处于最大主应力面上,因而引发扭转疲劳断裂。     

柴油机曲轴断裂分析

某6缸发动机曲轴在运行20000km后,从第七主轴颈与第六连杆颈之间的截面处断裂.对断裂曲轴进行了断口观察、化学成分分析、金相组织和力学性能检验.结果表明,曲轴属弯曲疲劳断裂,疲劳裂纹的主源位于第七主轴颈圆角过渡处.通过对相关件作进一步的调查分析,找出了曲轴断裂失效的原因,并提出了改进措施,取得了效果.     

玻璃纤维织物复合材料弯曲疲劳行为的试验研究

通过对平面编织玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的弯曲疲劳试验, 对其疲劳机理作了深 入研究, 从细观的角度对其疲劳损伤的产生、发展的行为及其形态特点作了详细的阐述。给出了典 型的刚度弱化模式, 并对其作了分析。      

曲轴疲劳试样表面磁痕分析

采用宏观和微观检验等手段对曲轴疲劳试样不同部位磁痕产生的原因进行了分析。结果表明:磁痕是由于带状组织、疲劳裂纹和磨削裂纹等原因造成的。磨削裂纹主要是由于磨削时摩擦应力过大造成的。原材料中存在较严重的带状组织,导致淬火组织和残余应力不均匀,对磨削裂纹的产生起到了促进作用。     

重载齿轮弯曲疲劳寿命测试方法研究现状

重载齿轮是大型机械装置(推土机、挖掘机、装甲车等)传动系统的核心部件,它的主要功能是按照规定的转速比传递运动和转矩。随着科学技术的发展和军事装备的更新换代,重载齿轮的研究除了在材料性能、齿形设计、承载能力等方面取得了新成就外,另一个突出的进步就是在齿轮性能测试技术方面获得了很多成果,使得一些过去难以定量研究的问题(如齿轮的疲劳强度、齿轮传动品质等)都有了比较实用的测量手段。而在重载齿轮疲劳性能研究中,相对于接触疲劳产生的齿面点蚀、胶合、磨损等微小破坏而引起齿轮传动效率降低,啮合不到位等现象,弯曲疲劳则会直接导致齿根产生裂纹甚至形成断齿现象,造成重大事故。因此,准确测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命,分析弯曲疲劳性能,进而优化齿轮设计,提升齿轮性能,对监测因弯曲疲劳失效所引起设备故障以及避免服役过程中发生重大事故具有重要意义。重载齿轮弯曲疲劳寿命受多方面因素的影响,其中包括材料性能、加工尺寸、制备工艺以及测试手段等,因此对其弯曲疲劳寿命的定量测试一直是各国研究人员关注的热点话题。关于重载齿轮弯曲疲劳寿命的研究可以归纳为以下三方面:弯曲疲劳原理探究方面已发展到声发射信号检测、光学图像分形理论计算、计算机有限元数学模拟等多方面的实际应用;性能检测实验已有单齿/双齿脉冲加载、动态啮合式加载等多种试验方法;数据处理方面已发展出升降法、成组法、雨流法以及多种S-N曲线拟合的数据处理手段。这些分析方法以及测试手段的应用可以大大节省实验成本、提高分析效率、减少试验误差,进而提高重载齿轮弯曲疲劳寿命检测的准确性。本文从重载齿轮弯曲疲劳寿命的测试原理、试验方法以及测试数据处理三方面出发,根据国内外研究现状,对重载齿轮的弯曲疲劳性能进行机理性与实验性的探究,为测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命提供有效的理论依据、具体的测试方法以及准确的数据处理手段。     

感应淬火对曲轴扭转疲劳性能的影响

目的研究感应淬火对曲轴扭转疲劳性能的影响,为曲轴的设计和制造工艺调整提供技术参考。方法开展淬火曲轴和未淬火曲轴的扭转疲劳强度试验,利用升降法得到疲劳试验结果,从试验数据和微观组织等方面开展分析和讨论。结果未经过淬火的曲轴在99.9%存活率下的扭转疲劳极限为967.6N·m,经过感应淬火的曲轴在99.9%存活率下的扭转疲劳极限为1361.2N·m。感应淬火后曲轴的表面形成深度约3.5 mm的淬火层,平均硬度为HV0.5600,金相组织为细针状马氏体。曲轴的失效情况均为连杆颈油孔处开裂。结论 38MnVS6非调质钢曲轴在感应淬火后的扭转疲劳极限提升了约41%,曲轴油孔内壁的加工缺陷是形成裂纹源的主要原因,对曲轴淬火层区域的油孔内壁进行一定的表面处理,可进一步提高曲轴的扭转疲劳强度。     

Procedure and Results of Investigation into Fatigue Strength Characteristics of Motorcycle Engine Crankshafts

We present a procedure of studying the fatigue strength of crankshafts of a two-cylinder motorcycle engine. The use of a unique loading scheme provided obtaining patterns of in-service fracture of the tested crankshafts. The results of comparative fatigue tests of some series of crankshafts of various design and technological versions, namely, nonhardened crankshafts with a fillet and hardened and nonhardened crankshafts without a fillet (zero fillet) are given and analyzed.     

18CrNiMo7-6合金钢的弯曲微动疲劳特性

对18CrNiMo7-6合金钢进行弯曲微动疲劳实验,建立弯曲微动疲劳S-N曲线,并对实验结果进行分析。结果表明:该合金钢的弯曲微动疲劳S-N曲线不同于中碳钢材料,也不同于常规弯曲疲劳,而是呈"ε"型曲线特征。随着弯曲疲劳应力的增加,微动运行区域由部分滑移区向混合区和滑移区转变,损伤区的磨损机制以剥层、磨粒磨损和氧化磨损为主。在混合区内,裂纹最易萌生和扩展,且裂纹均萌生于材料接触区次表面。受接触应力和弯曲疲劳应力影响,弯曲微动疲劳裂纹的萌生和扩展可分为三个阶段:初期,在接触应力控制下,裂纹萌生于次表面;随后,裂纹受接触应力和弯曲疲劳应力共同控制,转向更大角度方向扩展;最后,裂纹完全受弯曲疲劳应力控制而垂直于接触表面扩展,直至断裂失效。     

薄膜电池封装膜弯曲疲劳寿命检测仪的研制

目的为了可靠地检测薄膜电池封装膜弯曲疲劳寿命,设计并制备一台封装膜弯曲疲劳寿命检测仪。方法仪器主要由机械运动机构、运动控制系统、固定保护机构等组成,使用此仪器对薄膜电池封装膜进行试验,研究循环弯曲对其的影响;利用有限元仿真,分析薄膜电池弯曲时封装膜内部的应力变化情况。结果随着弯曲角度的增大,封装膜所受的弯曲应力不断增大;在弯曲循环测试中,随着循环次数的增加,封装膜表面会产生疲劳裂纹,破坏了透明电极的胶合状态,影响了电池的光电性能;获得了封装膜在不同弯曲角度下的疲劳寿命曲线。结论该检测仪操作方便,基于此仪器进行弯曲疲劳寿命检测可有效提高薄膜电池封装的可靠性。     

3238A/EW250F复合材料的弯曲疲劳性能

运用三点弯曲加载方式对3238A/EW250F复合材料的弯曲疲劳性能进行了研究。结果表明:该复合材料弯曲疲劳寿命的分散性较小,所有试验点的疲劳寿命都满足90%置信度的中值寿命;所有试样均在有效部位发生破坏,且试样表面出现分层后,还有较长的一段寿命期;试验测得0°方向铺层3238A/EW250F复合材料的条件疲劳极限以动应力表示为σr=73.2 MPa。     

10Ni5CrMoV钢双轴弯曲应力下表面裂纹疲劳扩展特性研究

以10Ni5CrMoV钢为研究对象,在加载条件与构件使用环境相近条件下,在原板厚大尺寸试样表面引入人工缺口模拟实际构件中存在的类表面裂纹缺陷,采用双轴弯曲疲劳试验方法,开展原板厚大尺寸试样双轴弯曲应力下的表面裂纹疲劳扩展特性试验研究。结果表明,裂纹半长c和裂纹深度a都随循环次数N单调递增,且曲线a-N满足一定的线性关系。建立表面裂纹半长c与深度a之间的定量关系式预测模型,从而定量解决裂纹深度尺寸不好直接测量的难题。