某柴油发动机曲轴失效分析及优化验证.pdf

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1、第1期内燃机No．12012年2月InternalCombustionEnginesFeb．2012摘要：通过CAE、材料、加工工艺等方面，对柴油发动机曲轴断裂进行失效分析。分析曲轴断裂失效的主要原因是曲轴的安全系数偏低。通过改进圆角加工工艺、优化圆角结构、提高材料性能，从而提高曲轴安全系数，并且通过可靠性试验验证，解决了曲轴断裂问题。关键词：曲轴；失效；安全系数中图分类号：TK421文献标识码：B文章编号：1000—6494(2012)01—0044—03InvestigationandOptimizationVerificationofCran

2、kshaftFractureFailureHANXiao-feng，FANXi-min，LUMing，ZHA0Li-fei(AnhuiJianhuaiAutomobileCo，，Ltd．，Hefei230601，China)Abstract：Thispaperhasintroducedrelevantanalysisforcrankshaftfracturefailureofadieselen~neofEurope4byCAE，material，manufacturingprocesstechnology，etc．Thereasonofcranks

3、haftfracturefailureismainlyduetothelowactualsafetyfactorofthecrankshaft．Theactualsafetyfactorhasgreatlyincreasedthroughimprovingmanufacturingprocesstechnologyandoptimizingtheframeofthecrankshaft，andenhancingmaterialperformanceofthecrankshaft．Keywords：crankshaft；failure；safetyf

4、actor曲轴是发动机中承受大交变载荷的主要部件之圆角处发生2例。一，要求其具有足够的刚度、强度与疲劳安全系数。1．1CAE分析在内燃机的开发中，对曲轴进行有限元分析优化和试1．1．i曲轴弹性多体动力学分析验验证，使其满足安全I生能要求，意义尤为重要。运用AVL．Excite．PowerUnit软件对当前状态下某柴油发动机在开发过程中，作为发动机核心的曲轴系进行动力学以及润滑分析，评估曲轴系部件的曲轴发生多次断裂失效，不仅额外增加了项目轴瓦的压力和油膜情况。各主轴颈的总压力及接触开发成本，而且严重影响项目开发进度。为了解决曲压力分析结果见图1，其最

5、大总压小于设计指标要轴断裂失效的重复发生，提升柴油机安全性和可靠求200MPa；最小油膜厚度为0．4m，低于设计性，对曲轴断裂失效进行了分析研究，提出改进措施指标0．6m，见图2，对故障样机进行拆解分并进行试验验证，使曲轴断裂问题得到有效解决。析，未发现轴瓦异常。1．1．2曲轴疲劳分析1失效分析由于曲轴断裂绝大多数都出现在曲轴圆角对试验过程中出现的断裂现象进行统计分析，处，运用Excite的圆角子模型技术，曲轴圆角子模断裂曲轴最短运行260h，最长运行536h，试验工况型见图3，将曲轴在一个发动机工作循环中圆角上全部是交变负荷试验(2600r／ra

6、in至4000r／min)。的液动压力映射到有限元模型中，作为有限元的动按照3000r／rain为平均转速进行简算，260h交变负荷试验下曲轴应力循环为2．34×1，可判断曲轴失效模式为疲劳失”。断裂部位发生在连杆颈与曲轴臂连接圆角处。其中第一连杆颈圆角处断裂发生1例，第四连杆颈圆角处断裂发生3例，第二连杆颈作者简介：韩晓峰(1983一)，男，安徽宿州人，硕士研究生，主要从事发动机的性能、机械开发、耐久性等相关试验工作。转速／(r·mill-)收稿日期：2011—08—28图1各主轴颈总压及接触压力第1期韩晓峰等：某柴油发动机曲轴失效分析及优化验证

7、一主轴颈最小溘膜厚魔／+^．1、瞄l一；蓦继、二一荔；羞／蹬驾，／一，一一===晕＼：子＼一转速／(r·min)图4圆角为1．3mm时曲柄销处的安全系数图2轴瓦最小油膜厚度篙霜篱角处安嗡图5圆角为1．3mm时曲柄销处的安全系数取失效件断裂处进行金相分析，无非金属杂图3曲轴圆角子模型图质，机体组织无异常，达到设计指标1~4级要求既。态应力历程，同时在疲劳分析软件nCode中设置材该机体硬度为HB271，符合设计要求HB240—302。料疲劳特性参数，进行疲劳分析。1．3．3机械性能分析经过分析，曲轴主轴颈圆角和曲柄销圆角在对失效期间的厂家供应曲轴毛坯

8、进行检测，检1_3mm时最小安全系数在第八平衡块处，主轴颈测结果见表2，结果显示毛坯抗拉伸强度小于设计圆角处最小安全系数为