曲軸的疲勞強(qiáng)度不僅僅取決于制造曲軸的材料，同時(shí)還受到毛坯加工方法，曲軸機(jī)械加工精度、熱處理工藝、表面處理方法等諸多因素影響，檢驗(yàn)舊零件再制造其剩余壽命是否足夠，最直接和最有效的方法是曲軸實(shí)物的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，這也可以驗(yàn)證理論分析的正確性。本文正航儀器工作者采用圖6-8所示試驗(yàn)流程，即先對(duì)新曲軸分別進(jìn)行500、1000和3000小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架強(qiáng)化試驗(yàn)，然后對(duì)強(qiáng)化試驗(yàn)后的曲軸截成單拐，進(jìn)行單拐疲勞試驗(yàn)，最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。
發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)一般按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，可靠性循環(huán)試驗(yàn)連續(xù)做數(shù)百小時(shí)或1000小時(shí)，可靠性循環(huán)試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)的使用強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽車(chē)的日常使用，因此1000小時(shí)可靠性循環(huán)試驗(yàn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際相當(dāng)于汽車(chē)行駛了30萬(wàn)公里。選取經(jīng)過(guò)500、1000和3000小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)后的曲軸作為疲勞試驗(yàn)樣品，得到曲軸極限彎矩和安全系數(shù)，用來(lái)判斷曲軸退役后是否可以用來(lái)再制造。
一、新發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)
1、疲勞試驗(yàn)方法
疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)采用電動(dòng)諧振式試驗(yàn)裝置，為汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)備。試件是曲軸的單拐。兩相同的慣性擺臂對(duì)稱地固定在曲軸試件兩側(cè)主軸頸上，與試件共同構(gòu)成一個(gè)諧振系統(tǒng)。電動(dòng)激振器通過(guò)推桿與其中一擺臂相連，當(dāng)它以一定的頻率（等于系統(tǒng)的共振頻率）和幅度激勵(lì)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，擺臂的慣性力所產(chǎn)生的力矩就施加到試件上。反映載荷大小的響應(yīng)信號(hào)由放置在另一擺臂上的加速度計(jì)給出，經(jīng)電荷放大器后送至振動(dòng)控制器，以形成加速度的模擬閉環(huán)控制回路，使載荷幅度在試驗(yàn)中保持恒定。當(dāng)系統(tǒng)的共振頻率因試件的約束條件改變或開(kāi)裂等原因而發(fā)生變化時(shí)，回路還能自動(dòng)修正指令信號(hào)頻率，使之與系統(tǒng)當(dāng)前的共振頻率相等，確保系統(tǒng)始終處于共振狀態(tài)，使穩(wěn)幅的環(huán)路在任何情況下都能正常工作。當(dāng)系統(tǒng)的共振頻率下降到預(yù)定值時(shí)（該值與某一裂紋長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)），或當(dāng)試件完成預(yù)定的循環(huán)數(shù)，或當(dāng)載荷幅度超過(guò)規(guī)定的限度時(shí)，控制單元將自動(dòng)終止試驗(yàn)。新發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的材料為48MnV非調(diào)質(zhì)鋼，曲軸為鍛造毛坯，軸頸及圓角感應(yīng)淬火。試件為從成品曲軸上截取的單拐，取其第2、4、6曲拐進(jìn)行試驗(yàn)，相應(yīng)編號(hào)為“-2”、“-4”和“-6”，共計(jì)14個(gè)單拐。在若干試件連桿軸頸兩側(cè)圓角最大應(yīng)力處各貼有一個(gè)小的應(yīng)變片，貼片的方向平行于曲軸軸線，以測(cè)定試件在動(dòng)載下的彎曲應(yīng)力。應(yīng)變信號(hào)經(jīng)一臺(tái)靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大后，用一塊分辨率為0，1mV的數(shù)字電壓表讀取。
曲軸彎曲疲勞試驗(yàn)在一臺(tái)電動(dòng)諧振式疲勞試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，載荷為對(duì)稱的正弦波，加載頻率約90Hz。試驗(yàn)前對(duì)系統(tǒng)的載荷進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定后在所使用的載荷范圍內(nèi)，彎矩的相對(duì)誤差不大于1，5%。用升降法測(cè)定試件的疲勞極限彎矩。試驗(yàn)的循環(huán)基數(shù)為107周次。定義系統(tǒng)的共振頻率下降1Hz為試件失效，相應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度約20mm。
二、發(fā)動(dòng)機(jī)500小時(shí)和1000小時(shí)試驗(yàn)后曲軸的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)
測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)500小時(shí)冷熱沖擊可靠性試驗(yàn)后的曲軸彎曲疲勞強(qiáng)度。試件為經(jīng)500小時(shí)和1000小時(shí)試驗(yàn)后回收的曲軸，材料為48MnV非調(diào)質(zhì)鋼，軸頸及圓角感應(yīng)淬火，取其第2、4、6曲拐進(jìn)行試驗(yàn)，相應(yīng)編號(hào)為“-2”、“-4”和“-6”，共計(jì)3個(gè)單拐。曲軸彎曲疲勞試驗(yàn)的載荷為對(duì)稱的正弦波，加載頻率約為60Hz。試驗(yàn)前對(duì)系統(tǒng)的載荷進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定后使其在所使用的載荷范圍內(nèi)，彎矩的相對(duì)誤差小于1，5%。試驗(yàn)的循環(huán)基數(shù)為107周次。當(dāng)試件出現(xiàn)的裂紋長(zhǎng)度約20mm，系統(tǒng)的共振頻率下降0，8Hz時(shí)即試件失效。經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)500小時(shí)試驗(yàn)后的曲軸彎曲疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6-6：
三、曲軸疲勞試驗(yàn)結(jié)果與討論
經(jīng)500小時(shí)冷熱沖擊可靠性試驗(yàn)后和1000小時(shí)和3000小時(shí)可靠性循環(huán)試驗(yàn)后的試樣較少，試驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)有偏差，但是其變化趨勢(shì)很清楚。極限彎矩隨曲軸臺(tái)架強(qiáng)化試驗(yàn)的時(shí)間有所減小，即臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)間越長(zhǎng)，單拐試驗(yàn)得到的極限彎矩越小，但變化量很小。因?yàn)?000小時(shí)曲軸臺(tái)架強(qiáng)化試驗(yàn)相當(dāng)于曲軸的一個(gè)生命周期，所以本文試驗(yàn)的結(jié)果表明，曲軸疲勞壽命最少可以維持三個(gè)生命周期，即理論上可以再制造三次以上。這和理論計(jì)算的結(jié)果相吻合，表明再制造疲勞壽命模型和壽命預(yù)測(cè)的正確性。
本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸再制造前后的壽命進(jìn)行了估算。只要已知材料特性、載荷、局部應(yīng)力，再選擇相應(yīng)的疲勞損傷模型，便可以預(yù)測(cè)、估算疲勞壽命。（本文來(lái)源：正航儀器網(wǎng)路部）http://www.fcff.com.cn
