曲轴的疲劳和模态分析

金属疲劳试验方法

铝合金疲劳实验 李慕姚 1351626 一﹑实验目的 1. 观察疲劳失效现象和断口特征。 2. 了解测定材料疲劳极限的方法。 二、实验设备 1. 疲劳试验机。 2. 游标卡尺。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值 r=m ax m in σσ （2-16） 称为循环特征或应力比。在既定的r 下，若试样的最大应力为σ 1m ax ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效，则N 1称为最大应力为σ1 m ax 时的疲劳寿命（简称寿 命）。实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力σmax 与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图2－31所示。从图线看出，当应力降到某一极限值σr 时，S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过σr 时，寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明，黑色金属试样如经历107次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限σr 。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

图２-31 疲劳试验曲线图 工程问题中，有时根据零件寿命的要求，在规定的某一循环次数下，测出σmax ，并称之为疲劳强度。它有别于上面定义的疲劳极限。 用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异，图2-32为这类试验机的原理示意图。试样1的两端装入左右两个心轴2后，旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”上，它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P 通过加力架作用于“梁”上，其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段（试样） 为纯弯曲，且弯矩为M=21 P ɑ。“梁”由高速电机6带动，在套筒7中高速旋转，于是试样横截面上任一点的弯曲正应力，皆为对称循环交变应力，若试样的最小直径为d min ，最小截面边缘上一点的最大和最小应力为 max σ＝I Md 2min ， min σ＝-I Md 2min (2-17) 式中I=64π d 4 m in 。试样每旋转一周，应力就完成一个循环。试样断裂后，套筒压迫停止开关使试验机自动停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。 四﹑实验步骤 （1）测量试样最小直径d min ； （2）计算或查出K 值；

发动机曲轴结构设计

2.1 曲轴的结构 曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图1.1所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 图1.1 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等

于气缸数的一半。 曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。 曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好【20】。 2.2 曲轴的疲劳损坏形式 曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产生裂纹的交变应力的性质不同，主要有以下三种疲劳裂纹:弯曲疲劳裂纹、扭转疲劳裂纹和弯曲一扭转疲劳裂纹【21】，如图2.1所示。

连杆疲劳试验

连杆疲劳试验 连杆疲劳试验 上汽集团奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车工程研究院

连杆疲劳试验 1.0目的 这个试验的目的主要是分析连杆疲劳载荷。试验是在专门的连杆疲劳试验机上进行，试验机通常是液压设备来模拟运转情况下发动机连杆受到的相关载荷。 这个疲劳试验可以作为部件生产过程的一个主要验证方法。因此样件应该达到生产的标准。在发动机开发的早期阶段就应该做原型件的初步试验。 疲劳试验将用来分析： ·通过4百万个试验循环后，在连杆和盖之间及在轴瓦\轴套和承载孔间的分界面处磨损状况。 ·产生弯曲或屈服疲劳极限载荷。 2.0试验准备 试验在一台疲劳试验机上进行。 被试验的连杆完全是在拉压力载荷作用下进行。 试验载荷可以通过一个另设的销来施加，此销代替了原来的曲柄销和轴颈销。需要5bar的机油来防止轴瓦有擦伤或过多的磨损。 为了防止部件产生过热，需要一个机油冷却喷嘴来保证试验样件的温度维持在45度以下。，疲劳试验中用的组件或者反应了整个生产范围部件情况或样件代表了最差的零部件。 假如在批量生产后不进行同样的检查，那么一般不推荐在试验前进行质量检查（例如，开裂检查方法）。 2.1样件准备 被试验的连杆包括连杆轴承盖、合适的小端轴套、大端轴瓦、固定装置。 装夹销和轴瓦间存在的间隙如下： 大头末端轴瓦直径间隙：10~20微米 小头末端轴瓦直径间隙：20~30微米 小头末端直径间隙（大头试验）：-20~-40微米（没有小头末端轴瓦） 连杆大头的试验负荷为一个比较高的张紧力，此张紧力高于正常安装间隙的连杆小头的张紧力，这就减少了在张紧力作用下连杆小头椭圆形破坏的弯曲力，提高了硬度和强度。这样夹紧销在小头的承载孔里应该是干涉配合（无小头的轴套）。 考虑到轴瓦/轴套和小头的承载孔的干涉公差应该影响疲劳强度，好的方法是根据连杆小头的图纸公差要求，对于选择的部件应该有最大的干涉。 轴瓦盖的螺栓扭矩参数在图00001146AA中。 3.0使用仪器和设备

德国MAG高频疲劳试验机技术说明.

10..德国SINCOTEC -100KN高频疲劳试验机技术说明 德国SINCOTEC高频疲劳试验机及参观人员 10.1 德国Sincotec高频疲劳试验机机器用途描述及工作环境 高频疲劳试验机被广泛用来测试各种金属材料及金属材料制品的抵抗疲劳断裂性能、S – N、da/dN-K等曲线,测试Kth和预制断裂韧性试样（如KIC、JIC 等）的疲劳裂纹等；选配不同的夹具或环境实验装置，被广泛用来测试各种材料和零部件（如板材、齿轮、曲轴、螺栓、链条、连杆、紧凑拉伸等等）的疲劳寿命，可完成对称疲劳试验、不对称疲劳试验、单向脉动疲劳试验、块谱疲劳试验、调制控制疲劳试验、高低温疲劳试验、三点弯、四点弯、扭转等种类繁多的疲劳试验。 高频疲劳试验机在各种类型的疲劳试验机中，具有结构简单、没有维护的液压源及阀门、泵或冷却系统、使用操作方便、效率高、耗能低等特点，所以它被广泛的应用在科研、航空航天、高等院校和工业生产等部门。 10.2 德国Sincotec高频疲劳试验机执行以下标准： GB/T 3075 金属轴向疲劳试验方法 ASTM E 467 轴向疲劳试验系统中等幅动态力的标定方法 ASTM E 739 疲劳数据应力-寿命和应变-寿命的线性或线性化统计分析 ASTM E 1942 用于循环疲劳和断裂力学试验的计算数据采集系统导则

GB/T 13816 焊接接头脉动拉伸疲劳试验方法 GB/T 15111 点焊接头剪切拉伸疲劳试验方法 GB/T 6395-2000 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法 ASTM E606标准,ASTM E647标准,ASTM E399标准, ISO 12737-2005金属材料平面应变断裂韧度试验方法, ISO 12135-2002金属材料-准静态断裂韧性测试的方法 , ISO 4965轴向载荷疲劳试验机动态力校准应变计技术， BS 7448-1:1991断裂结构韧性试验金属材料Kic临界CTOD值和J值得测试方法, BS 7448-2:1997断裂机械韧性试验金属材料Kic临界CTOD值和J值得测试方法, BS 7448-4:1997断裂机械韧性试验金属材料稳定裂纹延伸的抗断裂曲线和初始值得测定方法。 10.3 德国Sincotec 公司技术描述 德国SINCOTEC公司：公司位于德国中部工业区的Clausthal市。公司成立于上世纪六十年代，专注于共振疲劳试验系统的研发和试验工程技术咨询。SINCOTEC公司目前是全球最大的共振疲劳试验机制造厂商，拥有POWER SWING 品牌。德国SINCOTEC在共振试验系统领域是世界的领导者，不但在现有常规的电磁共振技术上优化改进控制和驱动技术，并且独创了领先的电动大位移（12毫米动态行程）共振技术- Power Swing MOT。在控制技术上Sincotec更

4125A 型柴油机曲轴结构有限元模态分析

毕业设计(论文) 课题名称 4125A 型柴油机曲轴结构有限元模态分析 学生姓名 学号 1141103044 系、年级专业机械与能源工程系 指导教师 教师职称副教授 2015年 5 月30 日

摘要 曲轴是发动机的主要受力构件之一，也是发动机重要的构成部件，其尺寸和参数决定着发动机整体构成以及其性能和机构尺寸与发动机的寿命和可靠性。曲轴的工作环境决定曲轴受力比较复杂，曲轴不仅要受压力，惯性力还要受弯矩，由于曲轴受力比较复杂，所以在对曲轴进行设计时要求也比较高。为了避免曲轴在工作时发生共振，导致曲轴失效需要对曲轴进行模态分析，这样可以求出曲轴共振频率，以及曲轴在工作时的振型及其载荷的变化规律，从而在设计时可以规避共振对曲轴损坏，这对提高曲轴的寿命和可靠性是很有效的。 该课题研究的是4125A型柴油机曲轴有限元分析。通过ANSYS有限元分析软件对此柴油机的曲轴进行建模然后进行静力学分析和模态分析，由此可以了解曲轴在工作时所受的工作载荷，以及工作危险截面和曲轴工作的共振频率、振型。这样可以了解曲轴的实际工作情况，就可以在进行曲轴设计时合理的安排曲轴的结构和尺寸，在设计时采取各种措施提高曲轴危险截面的强度更好的规避曲轴的共振区间，以提高曲轴设计和工作的可靠性，减少开发周期，从而提高柴油机曲轴的设计质量。 1.运用ANSYS14.0建立曲轴的三维实体模型以及确定网格单元的相关参数 类型。 2.先在ANSYS中确定网格划分精度和网格划分密度等，然后对所建立的三 维实体模型进行网格划分，限制模型的自由度以及对其进行加载力。 3.用ANSYS中的相关模块对所建立的三维实体模型进行静力学分析和模 分析，就可以的得到相应的结果 关键字：曲轴；模态分析；有限元分析

曲轴疲劳试验

曲轴疲劳试验 曲轴疲劳试验 上汽集团奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车工程研究院

曲轴疲劳试验 1.0目的 本试验的主要目的的评估曲轴的疲劳强度。试验是在专门的疲劳试验机上进行的，它通常是液压驱动，模拟发动机运行时曲轴上所受到的相应载荷。 这个疲劳试验是作为产品的认可依据试验件应该可以作为部件生产过程的一个主要验证方法。因此样件应该达到生产的标准。在发动机开发的早期阶段就应该做原型件的初步试验。 试验的区间应该是曲轴的圆角，可以用不同的方法增加弯曲疲劳强度，例如滚压和淬水。可以用EXCITE软件计算发动机运转期间的曲轴疲劳强度。计算出曲柄销圆角最低安全安全系数（在最大疲劳破坏载荷），然后用于试验件的弯曲载荷试验的载荷确定。这个意味着弯曲载荷的条件应该用于曲轴疲劳分析的基础上进行。疲劳强度的分析应结合至少两个曲柄销的圆角区域的金相分析检测，另外曲柄销的圆角区域的微硬度测量也应该做，因为他决定于硬度型线。曲轴截面上多点硬度测量结果进行。 2.0试验准备 在发动机运转时，由计算可知，影响疲劳寿命的主要是弯曲载荷，扭矩对它的影响不是很大。所以评价主要考虑弯曲疲劳。 2.1试验件的准备 弯曲疲劳试验在脉动疲劳试验装置上进行。曲轴被切成两部分，包括按两个主轴颈和一个曲轴轴颈为一个轴段单元，通常用第二曲柄做试验。 把这个单元的一个主轴销和一个曲柄销夹紧，试验载荷加在第二个轴承颈上，这里加载荷的向量应该在由主轴颈、曲柄销和无轴向力的中轴线确定的平面上。————试验载荷可以通过一个可以在第二个主轴径处自由运动、具有节点的杆处来施加。 主轴销和曲柄销的夹具必须被设计成压紧力对轴销半径对压力外圆的影响可以忽略的装置，由此在夹具板与销之间的接触域对主轴颈和曲柄销必须有一个很小的距离，这个距离大于圆角半径的3.5倍。 3.0使用仪器和设备

影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析

影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析 张钫张平萍 （国家金属制品质量监督检验中心郑州450007） 摘要本文通过对钢丝绳弯曲疲劳机的选择，弯曲滑轮，试样弯曲频率、包角，张力等影响钢丝绳弯曲疲劳试验结论的几个重要因素进行了分析，根据质检中心日常试验过程中对钢丝绳弯曲疲劳试验方式的总结，建议用户进行钢丝绳弯曲疲劳试验时应模拟钢丝绳使用现场的情况。 关键词钢丝绳，弯曲疲劳试验机，GB/T12347-1996 The application of steel wire rope—Bending flatigue testing Zhang Fang Zhang Pinping (China National Steel Wire Products Quality Supervision & Testing Center zhengzhou 45 0007) Abstract The paper analysis the selection of the bending flatigue machine,be nding pulley, the frequency of sample bending , the angle of steel wire rope r evolving around the bending pulley, the tension of steel wire rope ect. These factors are important for the result of the steel wire rope—bending flatigue test ing. According to the test of steel wire rope—bending flatigue in our ordinary work,we pose the suggestion for user that the steel wire rope—bending flatigu e testing should simulate the scene of the steel wire rope using. Keywords steel wire rope, the machine of steel wire rope –Bending flating te sting, GB/T12347-1996 随着社会的发展和科技的进步，钢丝绳的使用场合越来越多。钢丝绳的弯曲疲劳寿命成为许多工程设计和使用人员关心的问题。我国现行的GB/T12347-1996规定了钢丝绳弯曲疲劳试验方法。它作为一种通用的钢丝绳弯曲疲劳试验方法的标准，并未完全包罗所有的钢丝绳弯曲疲劳类型，同一根钢丝绳的具体使用场合不同，使用的方式不相同，那么它的弯曲疲劳寿命也不相同。在实验室为了更加逼真的反映钢丝绳弯曲疲劳寿命，就要求我们的钢丝绳弯曲疲劳试验方法也不能完全按照GB/T12347-1996执行,应该在理解GB/T12347-1996的基础上加以应用。 钢丝绳广泛使用在煤矿，港口，航空，航天，汽车，摩托车等许多重要的场合。钢丝绳的疲劳试验如果完全按照现行的标准去实施，那么其试验结果将难以准确的反映应用情况。为此从以下几个方面进行讨论：

疲劳万能材料试验机

一、疲劳试验机用途： FLPL疲劳万能材料试验机配置馥勒疲劳测试工装主要用于测试材料及其构件在正弦波、三角波、方波、斜波等动态载荷下的拉压交变疲劳特性。可以完成多种疲劳试验。微机控制系统FULETEST疲劳测试软件基于WINDOWS操作系统作为平台，强大的数据处理功能，试验条件和试验结果自动存盘，显示、打印符合相关国家标准的随机成组试验数据、试验曲线、试验报告。 二、疲劳试验标准参考： GB/T 3075 金属轴向疲劳试验方法； JJG 556-2011 轴向加力疲劳试验机； 三、试验机主机参数： 型号：FLPL104、FLPL204、FLPL304、FLPL504、FLPL105、FLPL305； 轴向试验力：10KN、20KN、25KN、50KN、100KN、250KN； 试验力级别：±0.5%/±1%； 试验力测量范围：1%--100%FS； 电液伺服作动器的最大位移：±50mm/75mm； 疲劳试验频率范围可选：0.1-100 Hz； 框架形式：双立柱；立柱距离：≥600mm；上下夹头间距：50～600 mm； 控制系统：德国多利DOLI控制系统/馥勒FL控制系统测控软件； 控制方式：力、位移两个闭环控制回路，可实现全数字PIDF控制，控制方式可平滑切换。全数字式DSP控制系统，闭环控制频率：1kHz； 全数字内部信号发生器：正弦波、三角波、方波、斜波、组合波等； FLTEST控制系统设计有一套完善的智能化安全管理系统，能实时对试验系统进行巡回自检，实时判断、报告系统的工作状态和工作进程，具有自动监测、自动报警和自动停机功能； 试验控制软件，在Windows多种环境下运行，界面友好，操作简单，能完成试验条件、试样参数等设置、试验数据处理，试验数据能以多种文件格式保存，试验结束后可再现试验历程、回放试验数据，馥勒试验机试验数据可导入在Word、Excel、Access、MATLABFL等多种软件下，进行统计、编辑、分类、拟合试验曲线等操作，试验完成后，可打印出试验报告； 可扩展配置FLWKGD高低温环境试验箱装置、FLWK1200度高温试验炉装置、FLWK1500度快速加热装置等； 四、疲劳万能材料试验机使用环境要求： 室温在10~35℃范围内，其温度波动应不大于2℃/h； 电源电压的变化应不超过额定电压的±10%。电源频率50Hz； 周围应留有不小于0.7m的空间，工作环境整洁、无灰尘； 在无明显电磁场干扰的环境中； 在无冲击、无震动的环境中； 使用环境相对湿度低于80%； 周围环境无腐蚀介质。

曲轴强度模态分析报告

柴油机曲轴ANSYS计算报告 蔡川东:20114541

目录 1摘要3 2workbench高级应用基础3 2.1接触设置 (3) 2.2多点约束MPC (4) 3模型介绍5 3.1模型简化 (5) 3.1.1轴瓦建立 (6) 3.1.2质量块建立 (6) 3.2材料性能和参数 (7) 3.3有限元模型构建 (7) 4强度分析9 4.1理论简介 (9) 4.2载荷工况 (9) 4.3计算分析 (11) 5模态分析12 5.1理论简介 (12) 5.2约束条件 (12) 5.3计算分析 (12) 6结果与讨论13

1摘要 曲轴是柴油机中最重要的部件之一，也是受力情况最复杂的部件，他的参数尺寸以及设计方法在很大程度上影响着柴油机的性能和可靠性。随着柴油机技术的不断完善和改进，曲轴的工作条件也越来越复杂。曲轴设计是否可靠,对柴油机使用寿命有很大影响，因此在研制过程中需要给予高度重视。因此，对曲轴的结构进行强度分析在柴油机的设计和改进过程中占有极为重要的地位。此外，在周期性变化的载荷作用下，曲轴系统可能在柴油机转速范围内发生共振，产生附加的动应力，使曲轴过早的出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏，因此有必要对曲轴进行动态特性分析以获取其固有频率避免共振带来不良影响。本文以六缸柴油机的曲轴为对象，计算分析了曲轴在一种载荷工况下的强度分析，找出其最大应力所在位置，以及讨论起是否在参考安全范围内，为曲轴设计中的强度计算提供一种可行性方案。同时对曲轴进行模态分析，找出其各阶固有频率，并观察其各阶模态形状，为柴油机避免共振提供数据参考。 实验采用有限元法对曲轴进行分析，有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，是分析各种结构问题的强有力的工具，使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。本文利用曲轴的三维模型IGES文件，导入Workbench中进行工况设计。比较准确地得到应力、变形的大小及分布和曲轴的固有频率及振型。 2workbench高级应用基础 2.1接触设置 (1)接触问题属于不定边界问题，即使是弹性接触问题也具有表面非线性，其中既有由接触面 积变化而产生的非线性及由接触压力分布变化而产生的非线性，也有由摩擦作用产生的非线性。由于这种表面非线性和边界不定性，所以，一般来说，接触问题的求解是一个反复迭代过程。 当接触内力只和受力状态有关而和加载路径无关时，即使载荷和接触压力之间的关系是非线性的，仍然属于简单加载过程或可逆加载过程。通常无摩擦的接触属于可逆加载。当存在摩擦时，在一定条件下可能出现不可逆加载过程或称复杂加载过程，这时一般要用载荷增量方法求解。 (2)接触面的连接条件。在接触问题中，除了各相互接触物体内部变形的协调性以外，必须保 证各接触物体之间在接触边界上变形的协调性，不可相互侵入。同时还包括摩擦条件—称为接触面的连接条件。采用有限元法分析接触问题时，需要分别对接触物体进行有限元网格剖分，并规定在初始接触面上，两个物体对应节点的坐标位置相同，形成接触对。 (3)workbench中有5中接触类型分别是: ?Bonded无相对位移。就像共用节点一样。 ?No seperation法向不分离，切向可以有小位移。 ?Frictionless法向可分离，但不渗透，切向自由滑动 ?Rough法向可分离，不渗透，切向不滑动

108_基于试验修正的曲轴安全系数计算方法_吉利_冯敬等

图1 断裂位置与端口形貌 基于试验修正的曲轴安全系数计算方法 冯敬，王德远，杨陈，沈源，由毅，赵福全 （浙江吉利汽车技术中心有限公司，浙江杭州 311228） 摘要：某发动机全速全负荷试验中，曲轴发生断裂。为查找断裂原因，本文对曲轴弯曲疲劳试验过程进行仿真模拟，并根据试验结果标定疲劳分析影响参数。然后基于A VL 多体动力学软件Excite PU 仿真得到曲轴实际工作状态下的载荷历程，进行疲劳强度计算。同时还对曲轴断口进行分析。研究结果表明曲轴的最小安全系数满足设计要求，而曲轴断裂是由台架安装不当引起的。 关键词：曲轴；疲劳试验；仿真计算；安全系数；断裂 主要软件：A VL EXCITE ；Hypermesh ；Abaqus ；Femfat 1. 概述 曲轴是内燃机主要零部件之一，曲轴的疲劳强度对内燃机的工作性能和寿命有决定性的影响【1】。某款1.5L 汽油机是由1.3L 汽油机通过增加行程改进而来。由于行程增加，曲轴的重叠度减小为 3.6，根据设计经验该重叠度下曲轴材料应设计为42CrMo ，而实际材料却为QT800-2。发动机全速全负荷试验中曲轴发生断裂，断裂位置发生在第五主轴承圆角处，如图1所示。 现有的曲轴疲劳试验【2】分别考虑弯曲应力和扭转应力对曲轴疲劳强度的影响，与发动机工作时曲轴实际受力情况不一致。本文在曲轴弯曲疲劳试验基础上，对疲劳试验过程进行仿真模拟，标定疲劳计算模型,计算弯扭耦合状态下曲轴安全系数。基于曲轴断口失效分析【3】，综合解决曲轴断裂失效问题。 2. 弯曲疲劳试验与仿真计算 2.1 弯曲疲劳试验

图2 主轴颈圆角安全系数分布 99.9%存活率 99.99%存活率 疲劳试验是评价曲轴疲劳强度的有效手段。首先在谐振式曲轴疲劳试验台上对曲轴进行弯曲疲劳试验。试验样品为成品曲轴上截取的单拐模型，在共振频率下循环1×107次，采用升降法，部分试验数据如表1所示。 通过表1数据可得，50%存活率下的疲劳极限弯矩M -1=625Nm 。 因为试验得到的是50%存活率下的疲劳极限弯矩，根据国家汽车行业标准QC/T637-2000【2】中规定，存活率为P 的疲劳极限值可按下式计算： M -1(P%)=M -1-a×K×Sn -1 式中：a——对应概率为P 的单侧正态分布位值 K——与有效数据的对子数目有关的修正系数 Sn -1——对应M -1的标准差 通过公式计算可以得到各存活率下的疲劳极限弯矩： M -1(99.9%)=546Nm M -1(99.99%)=531Nm 根据上述标准规定的发动机曲轴名义工作弯矩的计算方法，得到曲轴名义工作弯矩M -1'=300Nm ，由此可计算出存活率为50%时的安全系数： n50%=M -1/M -1'=2.08 存活率为99.9%时的安全系数： n99.9%=M -1(99.9%)/M -1'=1.82 存活率为99.99%时的安全系数： n99.99%=M -1(99.99%)/M -1'=1.77 2.2 弯曲疲劳仿真分析 为标定疲劳分析的影响参数，需要对曲轴弯曲疲劳试验过程进行仿真模拟，得到准确的边界，计算弯扭耦合状态下的曲轴疲劳强度。

钢丝绳弯曲疲劳试验作业指导书

钢丝绳弯曲疲劳试验作业指导书 进行钢丝绳弯曲疲劳试验检测必须以GB/T12347-2008等现行有效标准及相关标准和现行有效的《煤矿安全规程》等为依据。 1、接样： 1.1办公室负责对客户新近批量订购到货的钢丝绳接受委托检验。 1.2接样时请客户出具出厂证明书、订货合同、提货单等资料、并填写 本中心/站申请书。 2、试样要求 2.1 试样应从外观检查合格的钢丝绳上截取。 2.2钢丝绳直径20~26.5mm的试样最小长度为2倍轮距+圆周长=12.5m, 钢丝绳直径26.5~32.5mm的试样最小长度为15.5m，若为绳卡固定， 还要加上卡绳段长度。由于需要留备样长度，20~26.5mm的试样长 度需26m, 直径为26.5~32.5mm的试样长度需32m。 2.3 试样两端在截取之前应用软金属丝或专用夹头固紧。 3、备样 3.1 对客户的钢丝绳送检、报验样品进行登记、编号、标识。 3.2对钢丝绳进行外观检查，新绳要注意压痕、跳丝、松散、露麻等主要 缺陷，旧绳要注意磨损、断丝、锈蚀、绳芯干硬糟烂等主要情况，并 记录在案。 3.3依据钢丝绳直径和标准中的规定截取钢丝绳长度，直径为20-26.5mm 的钢丝绳截取13m，直径为26.5-32.5mm的钢丝绳截取16m。 3.4对剩余样的剩余部分在编号、标识后存贮保管，期限为检验检测周期。 3.5 实验前，应用沾有煤油或其他溶剂的棉纱将试样表面的油污擦掉,但 允许钢丝绳股间存在少量油脂。 4、试验机 4.1钢丝绳弯曲疲劳试验是钢丝绳试样以一定的包角绕过试验轮，并对其 施加张力，以一定的频率反复弯曲，考核钢丝绳承受弯曲疲劳的性能。 4.2根据最新《钢丝绳弯曲疲劳试验方法》进行钢丝绳弯曲疲劳检测。 4.3选用的弯曲疲劳试验机应该是“绿色”标识且在检定周期内的试验机。

疲劳试验机的基本参数.doc

1 PWS-E1000电液伺服动静万能试验机 PWS-E1000 电液伺服动静万能试验机 技 术 方 案 书 济南鸿君试验机制造有限公司 2012 年 12 月 技术支持 : 济南鸿君试验机制造有限公司动态专机开发部 1

2 PWS-E1000电液伺服动静万能试验机 PWS-E1000 电液伺服动静万能试验机 技术方案 1、简介：1000kN 电液伺服动静万能试验机是济南试金开发的PWS系列试验机之一，该试验机采用试金成熟的动静态电液伺服试验技术，利用单元化、标准化、模块化 设计手段设计制造，从而大大提高了系统的稳定性和可靠性，系统的关键单元和元 件均采用当今国际先进技术制造，整个试验系统的整体性能与国际著名动态试验机 公司相当。 1000kN 电液伺服疲劳试验机主要用于金属材料及结构件的动态疲劳试 验，和静态拉、压、弯、剪力学性能试验。是高校、科研院所、企业等进行材料试 验的理想设备。 2方案描述：该方案描述的试验机主要进行各种零部件的静态力学试验和动态疲劳 试验。该试验机主要由主机（上置试金伺服直线作动器NCA1000）、德国DOLI 公司全数字伺服控制器EDC580及相关软件、以及其他必要的附件等组成。系统进行工作的基本原理如下图。 信号发生器伺服控制器伺服驱动伺服阀恒压伺服泵站 测量放大器伺服直线作动器 传感器被试件试验用夹具 2.1 主机：主机为四立柱框架式结构，伺服直线作动器上置。 2.1.1横梁采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构，保证横梁升降方便，夹持 稳固可靠。 2.1.2 横梁升降油缸外形美观质量可靠，可无级调整试验空间。 2.1.3 横梁夹紧、运动液压模块采用进口液压元件制造，其中换向阀采用手动方式，保证高频试验时具有较高的可靠性。 2.1.4 进回油路配置由精度不大于3u 国产温州黎明（引进德国贺德克技术）精 密滤油器以及具有消脉、蓄能功能的进回油路蓄能器（中英合资奉化奥莱尔）组成 的液压滤油蓄能稳压模块。 2.1.5 伺服直线作动器上置，下联负荷传感器。 技术支持 : 济南鸿君试验机制造有限公司动态专机开发部 2

金属疲劳试验

金属疲劳试验主讲教师:

一、实验目的 1. 了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方 法。

二、实验原理 1．疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线)，即建立 最大应力σ max 或应力振幅σ α 与其相应的断裂 循环周次N之间的关系曲线。不同金属材料的S-N曲线形状是不同的，大致可以分为两类，如图1所示。其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所示。这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。

这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σ R 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比)。若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳 极限以σ -1表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- N曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明，这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到107周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂，所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分，其特点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下，常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符号σ R(N) 表示。

2．S-N 曲线的测定 (1) 条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。每级应力增量取预计疲劳极限的5％以内。第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基数不破坏）来决定下根试件应力增量是减还是增，失效则减，通过则增。直到全部试件做完。第一次出现相反结果（失效和通过，或通过和失效）以前的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加以利用，按下列公式计算疲劳极限： ()11n R N i i i v m σσ==∑ 1

疲劳试验机

疲劳试验机 机制10-1班 第二小组成员： 郭红卫 刘欢 樊亮

型号：SD系列 生产厂家：长春机械科学研究院有限公司 主要规格及技术参数 型号SD50SD100SD200SD500SD750SD1000 最大负 荷静态±50±100±200±500±750±1000动态501002005007501000 测量精 度负荷示值的±1.0％，；衰减为1、5倍位移±1.0％F.S每档；衰减为1、5倍变形示值的±1.0％，；衰减为1、5倍 控制参 数函数发生器频率 范围 0.01～10HZ可变更；函数发生器可发正弦、三角、方波、斜波及组合波等 命令波形，且可外信号输入。波形频率范围0.01-100HZ 闭环速率5000HZ（更新速率） 油缸行程±50（mm） 主机立柱距离500mm565mm700mm820mm820mm1000mm 主机重量700kg900kg1500kg3500kg5000kg7000kg 主机高度2000mm2200mm2500mm3000mm3200mm3200mm 主机形式双柱四柱 夹头距离50～600（mm） 整机功率380v 22kw380v 30kw380v 37kw380v 75kw380v 75kw380v 75kw 扭转疲劳试验机 生产厂家：济南新东岳试验仪器有限公司 工作原理：通过电机、减速机、齿轮的传动, 带动扭转弹簧作往复运动, 实现对扭簧的疲劳性能的检测 价格：24800.00元/台 产品型号 技术参数 TPN－50 TPN－100 TPN－200 TPN－500 最大试验 扭矩（N 穖） 50 100 200 500 频率0.5～5 Hz 扭转角度根据用户要求设定 计数容量999999次 电源电压380 VAC 50 Hz

最新四缸发动机曲轴的CATIA建模即ANSYS模态分析

四缸发动机曲轴的C A T I A建模即A N S Y S 模态分析

目录 1.绪论 (1) 1.1研究背景 (1) 1.2研究内容 (1) 1.3所用软件的介绍 (1) 1.绪论 1.1研究背景 1.2研究内容 某曲轴的有限元分析或模态分析，用catia软件进行三维实体建模，然后生成的实体导入有限元分析软件Ansys中进行曲轴的强度分析和模态分析。 1.3所用软件的介绍 (1)CATIA软件： CATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件。目前在中国由IBM公司代理销售。CATIA软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。CATIA的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲线曲面功能，次数能达到

15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。而我们现在所用到的CATIA的功能是三维实体建模！ (2)Ansys软件： ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

试验六疲劳试验示范

实验六疲劳试验（示范） 一、实验目的 1、了解测定材料疲劳极限的方法。 2、观察疲劳破坏的现象。 二、实验设备 疲劳试验机有各种类型，用来在不同受力形式下和不同条件下进行试验。常用的是旋转弯曲疲劳试验机，有纯弯曲和悬臂弯曲两种型式。本试验采用纯弯曲式疲劳试验机，其构造示意图如图26（A）所示。试件4的两端被夹紧在两个空心轴1中，两空心轴与试件构成一个整体杆，支持于两个滚珠轴承3上。电动机5通过软轴6使这个整体杆转动。横杆8挂在滚珠轴承2上，处于静止状态。在横杆中央的砝码盘上放置砝码9，使试样中段受纯弯曲（图26—B），最大弯曲正应力为 （A）纯弯曲疲劳试验机示意图（B）试件弯矩图 图26 纯弯曲式疲劳试验机 三、试件 本实验需用一组8～13根材料和尺寸均相同的光滑小试件，直径为d=6～lOmm，表而须磨光，无锈蚀或伤痕，圆角处要光滑过度。 四、实验原理 疲劳破坏与静力破坏有本质的不同。当交变应力小于材料的静强度极限σb时，材料就可产生疲劳裂纹或完全断裂。即使是塑性材料，断裂时也无显著的塑性变形。在疲劳破坏的断口上，一般呈现两个区域，即光滑区和粗粒状区。

材料断裂前所经历的循环次数称为疲劳寿命N，试件所受应力愈小，则疲劳寿命愈长。对钢和铸铁等黑色金属，如果在某一交变应力下经受107次循环仍不破坏，则实际上可以承受无限次循环而不会发生破坏。所以，对这些金属以试件能承107循环所对应的最大应力σ值作为疲劳极限σ-1。 maX 五、实验步骤 1、试件准备 取8~13根试件，检查试件表面加工质量，如有锈蚀或擦伤，用细砂纸或砂布沿试件 轴向抛光加以消除。测量试件的直径。 2、装夹试件 安装试件时必须很仔细，避免灰尘和杂质进入空心轴的锥孔中。将试件牢固夹紧，使试件与试验机的转轴保持良好的同心度。试件安装好后用手慢慢旋转试验机的转轴，用百分表在试件上测得的径向跳动量应不大于0.03mm。然后空载运转，试件的径向跳动量应不大于0.06mm。 3、进行试验 第一根试件的交变应力的最大值约取材料强度极限的60％，即σlmax=0.6而砝码重量 P1二0.6σbπd3/16a。加载前，先开动试验机，再无冲击地将砝码加到P1值，并记录计数器的初读数。试件经历一定次数的循环后，即断裂，自动停机，记下计数器的末读数，两者相减即为试件的疲劳寿命N1。 对第二根试件以同样的过程进行试验，但载荷要比第一根试件略低，记下试件断裂时的循环次数N2。以后逐级降低每根试件的最大应力，开始两相邻载荷的差值可大些，随着载荷逐级降低，其差值越来越小。记下各根试什的循环数Ni，直至试件超过指定的107次循环而未发生破坏时，终止试验。 4、绘制S—N曲线 以σlmax为纵坐标，以lgN为横坐标，根据各次测得的数据在方格纸上描点，即可绘出最大应力与疲劳寿命的关系曲线(S—N曲线)如图27所示。此曲线最后趋于水平，其水平渐近线的纵坐标σ-1，就是材料的疲劳极限。

发动机曲轴结构设计

发动机曲轴结构设计 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

曲轴的结构 曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 图 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。

曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。 曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好【20】。 曲轴的疲劳损坏形式 曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产

内燃机械加工制造时曲轴强度的控制方法分析(正式)

编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 内燃机械加工制造时曲轴强度的控制方法分析(正 式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号：KG-AO-2656-23 内燃机械加工制造时曲轴强度的控 制方法分析(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 作为内燃机械重要的零配件，曲轴强度体现在抗疲劳和抗断裂两个方面，如果曲轴强度水平不足，可能会引起内燃机其他零配件的损坏。本文将通过对当前内燃机械曲轴强度现状的分析，深入研讨内燃机械加工制造时的曲轴强度控制方法。 1.内燃机械曲轴强度现状分析 1.1.结构复杂 内燃机械的曲轴结构复杂，在加工时，一方面要求具有较为可观的承受荷载能力，而且要兼顾机械的功率需求，因此在加工制造时，要求保证曲轴强度达到既定的水平。曲轴在内燃机械中的作用是承受气缸内砌体作用力，并以旋转、往复等运动方式，为内燃机械运行提供惯性力。但由于内燃机械运行时产生的