發(fā)動機(jī)曲軸疲勞極限載荷預(yù)測方法研究.pdf

1、發(fā)動機(jī)曲軸的應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是在曲柄銷圓角和主軸頸圓角部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為突出，曲軸疲勞破壞往往發(fā)生于這些區(qū)域。隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度的提高，對于曲軸強(qiáng)度要求也越來越高，傳統(tǒng)的通過曲軸形狀系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算曲軸疲勞強(qiáng)度的方法已經(jīng)無法滿足發(fā)動機(jī)機(jī)高可靠性、低重量、低成本的設(shè)計(jì)要求。因此，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和處理工藝對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響，研究準(zhǔn)確預(yù)測構(gòu)件的疲勞極限載荷的方法，探討如何對曲軸疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)分析，對于研究曲軸的疲勞強(qiáng)度

2、可靠性具有實(shí)際意義。
　　為此，本文圍繞曲軸疲勞強(qiáng)度可靠性研究主題，主要開展了以下工作：
　　(1)曲軸結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)對疲勞強(qiáng)度的影響分析。基于iSIGHT-FD平臺和DOE方法，將有限元分析、變結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合，分析了曲軸關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對疲勞強(qiáng)度的影響。
　　(2)處理工藝對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響分析。應(yīng)用“F”檢驗(yàn)法、“t”檢驗(yàn)和秩和法，分析了氮化時(shí)間和滾壓工藝對曲軸疲勞強(qiáng)度的影響。
　　(3)基于裂紋模

3、擬技術(shù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合的曲軸疲勞極限載荷預(yù)測方法研究。通過某種型號曲軸疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出該零件等效標(biāo)準(zhǔn)裂紋體材料的擴(kuò)展門檻值△Kth，并利用得到的△Kth值，通過曲軸與標(biāo)準(zhǔn)裂紋體等效關(guān)系，預(yù)測曲軸的疲勞極限載荷。
　　(4)基于缺口件等效與漸進(jìn)插值法預(yù)測曲軸的疲勞極限載荷方法研究。采用應(yīng)力梯度擬合方法將曲軸應(yīng)力集中等效為標(biāo)準(zhǔn)缺口件，并通過漸進(jìn)插值法，引入虛擬短裂紋進(jìn)行短裂紋修正，預(yù)測曲軸的疲勞極限載荷。
　　(5)曲軸疲勞試驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究。對曲軸的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸分析，對各種分布規(guī)律與曲軸疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程度進(jìn)行擬合效果評價(jià)，并將極大似然法用于曲軸彎曲疲勞性能曲線測定。
　　通過上述工作，獲得了以下主要結(jié)論：
　　(1)在需要提高曲軸疲勞強(qiáng)度時(shí)，增大圓角半徑或增大曲柄厚度比改變重疊度和曲柄半徑的效果要顯著。氮化時(shí)間長短對曲軸疲勞強(qiáng)度有一定的影響，但影響效果不大，滾壓工藝能改善曲軸疲勞強(qiáng)度性能。
　　(2)曲軸應(yīng)力集中可

5、以較好地等效為標(biāo)準(zhǔn)裂紋體模型，等效裂紋體擴(kuò)展門檻值△Kth的確定與預(yù)測曲軸疲勞極限載荷的準(zhǔn)確性密切相關(guān)，通過已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出門檻值△Kth，能比較準(zhǔn)確的預(yù)測曲軸疲勞極限載荷。
　　(3)裂紋體與實(shí)際構(gòu)件之間有本質(zhì)不同，標(biāo)準(zhǔn)缺口件與實(shí)際構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度同屬于應(yīng)力集中問題，標(biāo)準(zhǔn)缺口件與實(shí)際構(gòu)件等效比裂紋體與實(shí)際構(gòu)件等效效果更好，標(biāo)準(zhǔn)缺口件等效的優(yōu)勢在于可以將經(jīng)過工藝處理的實(shí)際構(gòu)件等效為相同工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)缺口件。
　　(4)曲軸疲