汽车发动机曲轴疲劳强度分析及有关问题探讨

对汽车发动机曲轴进行了符合实际情况的三维建模，校核了曲轴在交变载荷下的疲劳强度，并通过曲轴的疲劳试验对分析和计算的结果进行了验证。对忽略惯性力、忽略相邻曲拐影响以及忽略扭矩的简化模型分别进行了计算，得出了不同建模方法对计算结果精度的影响。对曲轴圆角形状优化、圆角应力分布和强化工艺等相关问题进行了探讨。     

自适应共振式曲轴弯曲疲劳试验机的研制

研制了一种新型试验装置——自适应共振式曲轴弯曲疲劳试验机。阐述了该试验机的工作原理、系统设计及主要性能指标。利用该试验机对日本大发公司生产的经过圆角滚压处理的曲轴的极限承载弯矩进行了测试。结果表明，该试验机具有制造成本低、结构紧凑、测试精度高、工作稳定可靠、效率高、节能、噪声小等优点。     

用深滚压技术提高曲轴疲劳强度的应用研究

发动机曲轴圆角采用深滚压工艺可大幅提高曲轴疲劳强度。通过对370Q型汽油机、376Q型汽油机和376Q型柴油机进行的曲轴负荷分析、强度估算及弯曲疲劳强度试验表明,与未滚压曲轴相比,经圆角滚压的曲轴疲劳强度增加92．3％,安全系数由1．18增加到2．28。     

曲轴强化工艺对疲劳极限的影响

为了改善和提高汽车发动机曲轴的使用寿命,通过三种曲轴复合强化工艺对曲轴进行强化处理后,再对曲轴进行金相组织分析、表面硬度检测、表面残余应力检测和台架弯曲疲劳试验来验证三种曲轴强化处理工艺的优劣性。试验结果表明曲轴进行复合强化工艺处理后其金相组织结构、特别是曲轴R处表面硬度和表面残余应力的大小对曲轴使用寿命(曲轴疲劳极限)有较大的影响。由试验结果获得:曲轴气体软氮化+表面滚压强化工艺效果最好,离子氮化+表面滚压强化工艺次之,高频淬火+表面滚压强化工艺结果较差。     

球墨铸铁曲轴滚压工艺试验研究

研究了某型号柴油机球铁曲轴滚压工艺参数对曲轴疲劳强度的影响，最佳的滚压工艺参数能使曲轴弯曲疲劳强度提高175％，圆角处的疲劳极限应力达553N／mm^2。     

曲轴圆角滚压强化

曲轴在工作时受力复杂,又承受交变力矩和扭矩。主轴颈与柄臂过渡圆角处产生应力集中。根据对曲轴进行动应力测量表明:当发动机处于最大扭矩工况时,在过渡圆角处的最大弯曲应力占80％,而扭转应力仅占20％。从曲轴断裂实例的统计分析,柄臂处的弯曲疲劳是它的主要破坏形式。滚压强化圆角能提高它的强度,而且又是一种比较合理而经济的工艺方法。     

表面强化铸态球铁曲轴在6102D型柴油发动机上的应用

试验结果表明,QT70—2球铁曲轴经滚压强化后疲劳极限值为1285Nm,汽车从中产中取样得到的35CrMo或40Cr锻钢曲轴,可用于6102D型柴油机。中试生产表明,曲轴滚压强化是切实可行的,以正常的生产节拍增加滚压和圆角的滚痕抛光工序无技术困难。     

圆角滚压强化曲轴的疲劳强度研究

通过对形状系数的分析及试验，评定夏利曲轴不同圆角形态及强化处理的疲劳强度。圆角经深滚压处理的夏利曲轴弯曲疲劳强度有大幅度提高。     

半精加工曲轴圆角滚压工艺试验研究

对两种型号曲轴的半精加工圆角滚压工艺和疲劳强度进行了研究，结果表明，选择合造的精磨余量和滚压工艺参数，曲轴疲劳强度可持高175%左右，圆角处疲劳极限应力达552-605N/mm^2，曲轴的疲劳强度较之精磨后滚压没有下降。     

曲轴圆角滚压工具的探讨

我厂大批量生产的490曲轴采用滚压圆角工艺以来,作了大量的试验,现就滚压轮的结构及有关工艺问题,作一粗略介绍。一特点滚压工具对滚压质量,无论是外观质量(圆角形位精度、滚压带宽度、表面光洁度、滚压凸缘、滚压变形)还是内在质量(滚压层深度、残余压应力及其分布),均起着重要作用。目前所采用的不外乎有两种:     

球铁曲轴弯曲疲劳强度的若干特点

本文以中型货车发动机曲轴为对象，研究了球铁曲轴弯曲疲劳强度的特点。结果表明，轴颈圆角表面粗糙度在Ｒａ１．６－Ｒａ０．４范围内时，球铁曲轴的弯曲疲劳性能无显著变化；同一曲轴上各曲拐疲劳强度存在差异；铸态下球铁曲轴圆角强度的分散性大约是锻钢３－４倍，强化后这种分散性可减小一半以上。球铁曲轴的上述特点主要由球铁材料本身的特性和毛坯浇铸时凝固冷却不一致所造成的。     

滚挤压抛光工艺在曲轴加工中的应用

介绍了滚挤压抛光工艺在CA488型发动机曲轴加工中的应用。与砂带抛光工艺的区别是，该工艺采用了使金属表面塑性变形的方式来提高零件表面疲劳强度，降低表面粗糙度，改善沉割圆角处的应力分布状况，并可取消校直工艺，简化工艺装备，节约设备投资，降低工具消耗。此工艺也适用于其它的轴类零件加工。     

大功率多缸柴油机曲轴疲劳强度评估方法

以某型大功率柴油机作为研究对象,采用ADAMS/Engine建立了多缸柴油机曲柄连杆机构多体动力学模型,计算得到了曲轴的工作载荷.通过建立曲轴的整体三维有限元模型,将主轴承对主轴颈的支撑边界定义为接触对以模拟实际的约束状态,并将动力学计算所得一个周期内的曲柄销载荷历程曲线离散为16个载荷点,并按照发火次序,组合得到了16个载荷工况以模拟曲轴上的交变载荷,载荷的施加采用函数分布的形式模拟滑动轴承的压力分布,通过非线性有限元分析得到曲轴的应力应变结果.在此基础上,利用曲轴材料性能数据绘制了曲轴Goodman疲劳强度曲线,自编后处理分析程序得到了曲轴上所有节点的疲劳强度安全系数.结果表明:材料为42CrMo的整体曲轴满足结构疲劳强度要求,油孔处和过渡圆角处的疲劳强度安全系数相对较小,采用Goodman疲劳曲线计算的最小疲劳强度安全系数为5.04.分析结果与曲轴实际失效位置一致.     

基于子模型方法的曲轴强度分析

发动机曲轴的破坏形式主要为圆角部位的疲劳失效,为减小计算规模,提高分析效率,文章对某直列4缸发动机曲轴系建立多体动力学模型,计算曲轴的动态载荷谱,使用圆角子模型完成曲轴强度分析。计算表明,曲轴最薄弱部位于第8曲柄臂相连的曲柄销圆角,其疲劳安全系数为1．471。采用圆角子模型方法可以快速高效完成发动机曲轴的强度计算.     

基于有限元的内燃机曲轴疲劳强度分析

内燃机曲轴轴颈的过渡圆角处是应力高度集中部位,是疲劳裂纹的最先形成位置,因此曲轴圆角是曲轴设计时需要重点关注的部位。文章采用NASTRAN软件对某发动机缸体进行模态缩减,利用EXCITE-PU软件进行动力学分析,再通过N-soft软件进行圆角的疲劳安全系数分析。结果表明,通过增加圆角半径的方式可以解决曲轴的断裂问题。     

曲轴疲劳试验机自动控制系统的研制

为考核曲轴的弯曲疲劳强度 ,研制了一套由可编程控制器 (PIC)和PC机组成的高效、高自动化的试验装置 ,该装置可模拟曲轴在实际工况下的受力情况 ,测量所受应力的大小和分布等参数。实际应用证明 ,该装置具有较高的可靠性和自动化水平     

基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳寿命分析

为分析4100QBZL柴油机曲轴的疲劳寿命,建立该曲柄连杆机构的刚柔耦合多体动力学模型,将多组试验测量的缸内压力作为驱动力,进行耦合仿真得到曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并根据载荷结果对曲轴进行静强度校核。最后结合由多体动力学软件得到的载荷谱与有限元分析所得的曲轴在各个工况下的应力应变分析结果,以及通过材料的各项属性拟合出的S-N曲线,对曲轴进行了疲劳寿命预测。结果表明:曲轴的静强度及疲劳寿命均达到了工程设计要求,曲轴最危险部位的寿命次数也达到了1013以上,认为曲轴不会发生疲劳破坏。     

材料、结构和工艺因素对高强度螺栓疲劳性能的影响试验研究

对影响高强度螺栓疲劳性能的材料、结构和工艺等因素进行了较广泛的对比试验研究。比较了6种材料疲劳试样的疲劳性能;考察了硬度、再回火、去应力退火、表面脱碳、滚丝/磷化的先后顺序、头下圆角粗糙度、滚丝轮螺纹牙形、头下圆角过渡形式等因素对高强度螺栓疲劳性能的影响。     

轴颈空心对6100发动机球铁曲轴弯曲强度的影响

利用电阻应变测量方法和DC—1电动谐振试验装置研究了轴颈空心对6100球铁曲轴弯曲静强度和疲劳极限的影响。结果表明,采用合适的空心结构可使曲轴的弯曲静强度提高6％～15％,疲劳极限提高4％～8％,零件质量减轻4～5kg。