曲軸疲勞
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-24
曲軸疲勞的視頻教程
曲軸疲勞的實例教程
為提高往復泵的設計水平,基于三柱塞單作用往復泵曲軸實例,通過將曲軸所受各力按相應坐標系分解,并將周期性作用力在時間相離散以及劃分為若干計算斷面,建立了曲軸疲勞可靠性分析模型。利用己開發的往復泵曲軸強度計算與校核軟件計算并導出數據,應用半徑矢法分別求出曲軸各斷面應力與疲勞極限的均值及標準偏差,使用聯接方程求出各斷面的聯結系數,詳細分析了曲軸模型的疲勞可靠性。通過對一系列實際使用效果良好和失效曲軸的疲勞可靠度進行計算與分析,得出了三柱塞單作用往復泵曲軸疲勞可靠度的合理取值對于原可靠度過高的曲軸,反求出該曲軸實際能安全可靠承受的最大柱塞力,充分利用原機組的富余能力。往復泵曲軸疲勞可靠性分析具有重要的理論和實際應用價值。
往復泵曲軸疲勞可靠性分析.pdf
展開 系統闡述利用有限元法對機械結構零部件進行疲勞斷裂分析的相關理論和方法。在此基礎上對16V240機車柴油機曲軸的最危險曲拐進行最大和最小工況下的三維有限元分析,確定裂紋易產生的危險截面,求解危險截面處不同深度和形態的表面橢圓裂紋的應力強度因子,并擬合關于橢圓裂紋特征參數及總體坐標下的等效應力強度因子的近似表達式。為預測含裂紋曲軸的承載能力、剩余壽命、制定判廢標準等提供相關的疲勞斷裂參數。
曲軸的疲勞斷裂分析.pdf
（7）按規定的順序和扭力距緊固飛輪與曲軸的連按螺栓，并加以鎖緊，以防松動。
（8）避免發動機在超負荷條件下工作，并防止突爆的發生；機車重載時，應平穩起步，不可抬腳過快，遇到障礙物時，不要加大油門猛松離合器硬沖；機車行駛中，一般應先踏離合器脫檔后再制動停車；正確控制油門，切勿忽大忽小。
（9）保持發動機潤滑系統中油路暢通，潤滑油充足。使潤滑良好，以避免造成軸瓦與軸頸發生干摩擦。
（10）發動機大修時，應對曲軸進行磁力探傷檢查，也可用浸油敲擊法、錘擊法，當曲頸表面有徑向裂紋，或有較深的延至主軸肩圓角的軸向裂紋時，不易修復使用，應立即更換曲軸。
2.改善曲軸的疲勞性能
改善曲軸的疲勞性能，是降低曲軸斷裂的關鍵，圓角滾壓是曲軸強化的非常有效的措施，同時它也是提升企業競爭力的核心技術。
通過采用各種強化方法提高材料的強度，尤其是表面強度，在軸頸R角表面形成殘余壓應力，可使疲勞強度顯著提高。此外，能修復曲軸上各種能引起應力集中的缺陷、刀痕、尖角、截面突變等造成的質量問題，從而提高曲軸的抗疲勞能力，
像圓角滾壓強化、氮化圓角強化、感應淬火圓角滾壓強化等復合強化工藝是最有效的強化手段，即提高了曲軸的疲勞強度，又改善了曲軸表面的耐磨性。僅就圓角滾壓來說，能使曲軸產生表面壓應力，提高表面硬度，改善表面光潔度，結果提高整體的疲勞強度?，F在各發動機曲軸生產廠家常用的是圓角沉割滾壓強化，提高疲勞強度約80%以上，大幅度降低斷軸率。
沉割滾壓原理：在曲軸圓角處加工沉割槽，使用滾壓技術，滾壓輪在接觸壓力下沿著溝槽圓周方向移動，根據金屬變形理論，零件表面在外力作用下，被滾壓金屬的原子間距離會暫時減小或晶粒間產生滑動，當外力達到一定數值時，被加工表面金屬除產生彈性變形外，還形成塑性變形。
展開 6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析------- 吉大碩士論文
軸疲勞.rar
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曲軸是發動機中最重要的零件之一，它輸出發動機的全部功率，將活塞的往復直線運動變成旋轉運動，用來驅動發動機其他零件進行工作。曲軸的工作環境非常惡劣，在工作時不僅承受活塞連桿組往復運動及旋轉運動的慣性力作用，還承受著周期性變化的爆發壓力，使曲軸長期處于彎曲、扭轉、壓力等循環應力的作用下，極易發生彎曲和扭轉變形，導致曲軸產生疲勞和裂紋，甚至斷裂。
圖1 曲軸旋轉運動的產生
曲軸容易產生疲勞及裂紋部位
連桿是連接曲軸及活塞的零件，將活塞承受的力傳遞給曲軸，并將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，如圖1 所示。從圖1 可以看到連桿連接在曲軸連桿頸處，曲軸在連桿頸處受力大，極易產生疲勞及裂紋。拋開使用時產生疲勞及裂紋，在鍛造時連桿頸處也易出現裂紋，圖2 所示為曲軸連桿頸處剖切后顯示的裂紋，此處裂紋若不消除，極易造成曲軸斷裂報廢。
六缸曲軸連桿頸處鍛造裂紋分析
裂紋位置
在鍛造時曲軸連桿頸處易出現裂紋的位置如圖3所示，一般位于連桿頸的檔部。
圖2 連桿頸剖切后顯示的裂紋
原因分析
⑴六缸曲軸及模具結構。
圖4 所示為某六缸曲軸鍛件三維立體圖，其連桿頸互成120°，如圖5 所示，曲柄半徑為65mm，主軸頸直徑為86mm，連桿頸直徑為75mm。
六缸曲軸鍛造時可采用整體式鍛造或扭拐式鍛造，當然采用扭拐式鍛造需要有扭拐機。扭拐式鍛造原理是將曲軸連桿軸頸鍛造成180°夾角，在扭拐機上將連桿軸頸扭成120°夾角。使用扭拐設備會增加較大成本，只有整體鍛造成形困難時才考慮使用扭拐設備，如生產斯太爾曲軸。由于該曲軸有12 個較大的平衡塊，如圖6 所示，在不具備扭拐設備前提下平衡塊很難鍛造飽滿。
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5.結論
曲軸連桿斷裂屬疲勞斷裂，引起斷裂的原因是在使用時連桿受到劇烈磨擦，導致局部區域應力集中及溫度過高，降低了材料的疲勞強度。連桿拐角處表面的較大塊狀碳化物加速了裂紋的萌發及擴展。
6.改進
設計時減少摩擦處的粗糙度，可以減少應力集中，降低零件的疲勞強度 。
疲勞破壞的特征及基本概念
常見材料S-N曲線估算方法※
平均應力修正方法
頻域中疲勞計算方法※
工程實例十九（發動機曲軸疲勞計算
5、結論
曲軸連桿斷裂屬疲勞斷裂，引起斷裂的原因是在使用時連桿受到劇烈磨擦，導致局部區域應力集中及溫度過高，降低了材料的疲勞強度。
噴丸強化應用范圍
噴丸強化
可預防汽車零件彎曲疲勞；噴丸強化可改善齒廓根部的彎曲疲勞屬性；噴丸強化可提高曲軸的抗疲勞性能和安全使用壽命；噴丸強化可增加連桿的強度和剛度；
(4)由于路況不佳，車輛又嚴重超載超掛，發動機經常在扭振臨界轉速內行，減振器失效，也會造成曲軸扭轉振動疲勞破壞而斷裂。
故障原因
① 起動機與飛輪齒嚙合不良。齒圈與起動機齒輪在起動發動機時會發生撞擊，造成牙齒損壞或牙齒單面磨損。若牙齒連續三個以上損壞或磨損嚴重，起動機齒輪與齒圈牙齒便難以嚙合。
② 粘缸。
據國外資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結合使用進行復合強化，可使整條曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。國內部分廠家近幾年也進行了這方面的實踐，取得了良好的效果。
曲軸圓角滾壓加工方面，德國赫根塞特(HEGENSCHEIDT-MFD AUTOMATIC)生產的機床應用了變壓力滾壓和矯正專利技術，是比較好的圓角滾壓設備，但價格昂貴。
曲軸的工作環境非常惡劣，在工作時不僅承受活塞連桿組往復運動及旋轉運動的慣性力作用，還承受著周期性變化的爆發壓力，使曲軸長期處于彎曲、扭轉、壓力等循環應力的作用下，極易發生彎曲和扭轉變形，導致曲軸產生疲勞和裂紋，甚至斷裂。
發動機在大修中必須對曲軸進行檢驗，查明磨損情況，并進行正確的修理，保證曲軸所要求的疲勞強度和耐磨性。
來源：機工機床世界
內燃機的疲勞耐久性問題
活塞的疲勞分析
連桿、曲軸的疲勞分析
附件支架等的疲勞分析
產品的抗疲勞性能和可靠性會直接影響其在市場競爭中的成敗。ANSYS高級疲勞分析和設計軟件可以分析內燃機零部件由于反復運動引起的高、低周疲勞問題及接管焊縫疲勞問題。
[12] 徐海龍.發動機曲軸扭轉振動及其疲勞分析[D].太原:中北大學,2016.
[13] 姚衛星.結構疲勞壽命分析[M].北京:國防工業出版社,2003.
[14]汪昌安,趙斌.基于有限元技術的背壓活塞的模態分析與疲勞壽命計算[J].科學技術與工程,2009,9(12):3472~3474.
