勤学思培训网CSDPAL
  • 终于清楚曲轴疲劳破坏

    1曲轴疲劳破坏

    在发动机实际运行过程中,曲轴所承受的载荷主要是弯曲/扭转复合载荷,弯曲疲劳破坏是曲轴失效的常见形式,而在发动机输出功率较大、曲轴承受扭矩较大的情况下,扭转疲劳破坏则成为主要失效形式。

    在高速冲床实际运行过程中,曲轴的疲劳破坏为高周疲劳(工作行程超过104次),其主要失效形式为弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏。一般情况下曲轴易出现疲劳失效的位置是连杆轴颈与曲轴连接处,即交变应力为集中的内结合圆角处,具体表现则为曲轴变形、出现裂痕或断裂。而根据数据统计,曲轴疲劳绝大多数为弯曲疲劳,较少失效为扭转疲劳。

    三好精密的专家们认为导致疲劳破坏的因素可具体分为内部因素和外部因素,内部因素有:曲轴复杂特殊的自身形状结构、材料选取、制造精度问题、表面加工处理状况等因素;外部因素有:工作载荷导致的应力集中、磨损、油路润滑、腐蚀以及零件工作温度等因素。曲轴工作载荷的来源为连杆滑块的往复惯性力、旋转离心力、机床震动、模具冲击载荷等交变应力。本文将主要考虑曲轴形状尺寸及所承受的弯曲/扭转复合载荷的影响。

    [图片0]2喷丸强化技术

    在了解喷丸强化技术之前,有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。这三个概念其实就四个字:喷、抛、丸、砂,其中,喷抛是工艺方法,丸砂是使用的材料。喷,是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面,抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面,丸用的是钢丸,砂用的是石英砂等。

    喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程,有如无数小锤对表面锤击,因此,金属零件表面产生极为强烈的塑性形变,使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层,称为表面强化层,此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。测评强化丸质量有三个基本参数:强度、覆盖率、表面粗糙度。

    对于喷丸强化过程,有两个关键的参数。一个是应力强度,这通常是采用“阿尔门试片”,进行强度检测。多个试片固定在曲轴的不同表面,特别是应力集中的曲轴截面变化转接圆角处,一同进行喷丸,试片上产生的压应力影响导致试片弓曲。曲率的扩大变化与丸料冲击的能量成比例。另一个确定喷丸质量的主要参数是覆盖率。所谓覆盖率是指强化后表面弹坑占据的面积与总强化表面的比值,该参数是由曲轴的设计工程师来定义,通常是在-200%,有些曲轴应用可能要求覆盖率高于200%。

    根据曲轴的硬度和理想的导入压应力强度,通常曲轴喷丸强化使用的丸粒硬度在50-55HRC,大小在S280-S330(-)。这样产生在“阿尔门试片”上的强度范围约在-().

    相较于抛丸清理,喷丸强化的工艺参数监控更为严苛,就曲轴强化应用,需要监控的参数包括:喷丸速度,喷丸强度,丸粒直径,喷丸的距离,强化的时间,覆盖率这些参数中任意一个的变化,都会不同程度地影响曲轴表面强化的效果。

    3轴承跑外圆

    二冲程摩托车发动机曲轴轴承与轴承座是过盈配合,也就是常说的紧配合。这一点与四冲程发动机不同。在发动机更换曲轴过程中,由于操作不规范,用铁榔关硬敲硬砸,曲轴箱经多次拆卸之后,轴承孔被拉大造成轴承松动,轴承外圆随曲轴一起转动,也就是“跑外圆”故障。

    曲轴轴承“跑外圆”会影响曲轴的精度和发动机的动力性,严重时曲轴产生较大噪声,点火时间发生变化,摩托车行驶无力,油耗相当高,踏板车百公里达6L左右;缸体、活塞环超量磨损(偏磨)。所以曲轴轴承“跑外圆”不是小事情,应认真对待。

    平时在遇到轴承“跑外圆”故障时,大多采用冲窝的方法修理(在轴承座周围用铳子冲几个小窝);也有人采用在曲轴箱轴承座内,铳一些小坑点以加大摩擦力,使曲轴轴承不“跑外圆”。也有采用电焊的方法来修理:就是在曲轴轴承的外圆周上,用电焊焊几个小点,使轴承的外圆变大。也有采用:电烙铁在轴承外圆焊锡,以加大轴承的外径的方法修理。还有采用:在曲轴箱轴承孔周围垫铜皮的方法来修理。以上这些办法作为应急处置还能说得过去,但作为发动机的正规修理,问题就比较多了。主要的弊病是:它降低了发动机曲轴的装配精度,使曲轴的同轴度超出规定;曲轴转动阻力大,发动机行驶无力,严重过热;缸体、活塞环寿命缩短。