一种大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于发动机曲轴测试技术领域，尤其是涉及一种大缸径发动机曲轴非对称 弯曲疲劳试验方法。
【背景技术】
[0002] 发动机曲轴弯曲疲劳失效是曲轴主要失效模式之一，失效位置一般为曲轴连杆轴 颈圆角处，如图1中所示标记1的位置。疲劳试验是用来检验曲轴弯曲疲劳强度的重要方 法。
[0003] QC/T637-2000《汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法》采用的是谐振疲劳试验方 法，曲轴受对称拉压载荷，而曲轴实际工作时连杆轴颈承受非对称载荷，曲轴受力与实际状 态不一致将会导致疲劳试验结果置信度下降。
[0004] 为提高疲劳试验结果的精度，采用图2所示的试验装置，采用支架3支撑曲轴2主 轴颈，通过加载头4对连杆轴颈施加非对称拉压载荷。
[0005] 但是，针对大缸径发动机（缸径〉Φ200mm)，以上两种方法实现起来都比较困难， 理由如下：一是，由于结构尺寸大，超出了大部分曲轴谐振试验机的适用范围，曲轴无法安 装；二是，载荷较大OlOOOkN)，超过了大部分试验系统的加载能力，无法按要求实现加载。
[0006] 因此，大缸径发动机曲轴的疲劳试验实现起来比较困难。即使在大载荷试验机上 进行加载，由于试验载荷大，导致加载频率低、试验周期长，试验成本高。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明旨在提出一种大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法，以 能够在中小载荷试验机（〈l〇〇〇kN)上完成大缸径发动机曲轴的非对称弯曲疲劳试验。
[0008] 发明思路：根据曲轴连杆轴颈圆角处承受相同应力的原则，将曲轴试验加载的力 学模型由简支梁模型转换为悬臂梁模型，即固定连杆轴颈，在相邻的主轴颈上施加试验载 荷。如图3所示为常规的连杆轴颈圆角受力分析图，施加载荷F，连杆轴颈圆角处承受的的 弯矩为L1为力臂。如图4为改进方法连杆轴颈圆角受力分析图，施加载荷F，被试 圆角处的弯矩为FXL2，L2为力臂。对于大多数结构的曲轴L2~1. 5L1，相同的载荷，采用 改进方法连杆轴颈圆角处承受的弯矩增加了 3倍左右，等于提升了试验机的加载能力。
[0009] 再考虑到曲轴的变形、横向串动、支架的宽度都是影响因素，因此需要在实物上通 过应变标定的方法，使连杆轴颈圆角处的应变与实际工况下的应变相同，最终确定试验的 加载载荷。
[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0011] -种大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法，包括如下步骤：
[0012] 1)获取在规定拉压试验载荷下连杆轴颈圆角处的应变值；
[0013] 2)通过标定试验获得试验加载载荷值；
[0014] 将曲轴的被试连杆轴颈旋转至最低点，支架支撑被试连杆轴颈，并在曲轴该侧远 端用另一个支架辅助固定曲轴，加载头施加在连杆轴颈另外一侧相邻的曲轴主轴颈上，对 曲轴主轴颈进行加载并监测被试连杆轴颈圆角处的应变，通过调整试验机载荷，使连杆轴 颈圆角处的应变值与步骤1)得到的规定拉压试验载荷下的应变值相同，此时的载荷为试 验加载载荷；
[0015] 3)使用得到的试验加载载荷对被试的连杆轴颈圆角进行疲劳试验。
[0016] 进一步的，步骤1)中可采用以下几种方法得到应变值作为试验载荷标定基准：
[0017] A、在整机上通过对曲轴的应力测试得到，但由于受曲轴尺寸、结构及成本限制，此 种方法较少采用；
[0018]B、在曲轴连杆轴颈圆角处布置应变计，通过两个分别布置在被试曲轴的连杆主轴 颈两侧的支架固定曲轴，通过加载头施加在该连杆主轴颈上，在试验机载荷能力范围内对 曲轴进行拉压加载，得到连杆轴颈圆角处的应变变化规律，推算出在规定拉压试验载荷下 连杆轴颈圆角处的应变值；
[0019] C、通过仿真分析得到应变值。
[0020] 相对于现有技术，本发明具有以下优势：
[0021] (1)本发明能够在中小载荷试验机（〈1000kN)上完成大缸径发动机曲轴的非对称 弯曲疲劳试验，并可以提高试验效率；
[0022] (2)操作方便，试验周期短，试验成本低。
【附图说明】
[0023] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0024] 图1为现有的曲轴连杆轴颈失效位置标记示意图；
[0025]图2为现有常规的曲轴非对称弯曲疲劳试验装置结构示意图；
[0026]图3为现有常规试验方法的连杆轴颈圆角受力分析图；
[0027]图4为本发明实施例大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法连杆轴颈圆角 受力分析图；
[0028]图5为本发明实施例大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验装置的结构示意图。
[0029] 附图标记说明：
[0030]1-失效位置，2-曲轴，3-支架，4-加载头，5-连杆轴颈，6-曲轴主轴颈
【具体实施方式】
[0031] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0032] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0033] -种大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法，包括如下步骤：
[0034] 1)获取在规定拉压试验载荷下连杆轴颈圆角处的应变；
[0035] 具体可采用以下几种方法得到应变值作为试验载荷标定基准，本实施例采用的 是B方法：
[0036] A、在整机上通过对曲轴的应力测试得到；
[0037] B、在曲轴连杆轴颈圆角处布置应变计，采用图2所示的常规加载方法，在试验机 载荷能力范围内对曲轴进行拉压加载，得到连杆轴颈圆角处的应变变化规律，推算出在规 定拉压试验载荷下连杆轴颈圆角处的应变值；
[0038] C、通过仿真分析得到应变值。
[0039] 2)通过标定试验获得试验加载载荷值；
[0040] 在试验机上，采用改进的试验方法固定曲轴，如图5所示：通过布置在曲轴2的一 侧的两个支架3将被试曲轴2固定，将曲轴2的被试连杆轴颈5旋转至最低点，通过加载头 4施加在相邻的曲轴主轴颈6上，对曲轴2进行加载并监测曲轴连杆轴颈5的圆角处的应 变，通过调整试验机载荷，使连杆轴颈5的圆角处的应变值与步骤1)得到的规定拉压试验 载荷下的应变值相同，此时的载荷为试验加载载荷。
[0041] 3)使用得到的试验加载载荷对被试的连杆轴颈圆角进行疲劳试验。
[0042] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 获取在规定拉压试验载荷下连杆轴颈圆角处的应变值； 2) 通过标定试验获得试验加载载荷值； 将曲轴的被试连杆轴颈旋转至最低点，支架支撑被试连杆轴颈，并在曲轴该侧远端用 另一个支架辅助固定曲轴，加载头施加在连杆轴颈另外一侧相邻的曲轴主轴颈上，对曲轴 主轴颈进行加载并监测被试连杆轴颈圆角处的应变，通过调整试验机载荷，使连杆轴颈圆 角处的应变值与步骤1)得到的规定拉压试验载荷下的应变值相同，此时的载荷为试验加 十[、十[、tH- 载载何； 3) 使用得到的试验加载载荷对被试的连杆轴颈圆角进行疲劳试验。2. 根据权利要求1所述的大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法，其特征在于： 步骤1)中可采用以下几种方法得到应变值作为试验载荷标定基准： A、 在整机上通过对曲轴的应力测试得到应变值； B、 在曲轴连杆轴颈圆角处布置应变计，通过两个分别布置在被试曲轴的连杆主轴颈两 侧的支架固定曲轴，通过加载头施加在该连杆主轴颈上，在试验机载荷能力范围内对曲轴 进行拉压加载，得到连杆轴颈圆角处的应变变化规律，推算出在规定拉压试验载荷下连杆 轴颈圆角处的应变值； C、 通过仿真分析得到应变值。
【专利摘要】本发明提供了一种大缸径发动机曲轴非对称弯曲疲劳试验方法，包括如下步骤：1)获取在规定拉压试验载荷下连杆轴颈圆角处的应变值；2)通过标定试验获得试验加载载荷值；3)使用得到的试验加载载荷对被试的连杆轴颈圆角进行疲劳试验。相对于现有技术，本发明具有以下优势：本发明能够在中小载荷试验机(<1000kN)上完成大缸径发动机曲轴的非对称弯曲疲劳试验，并可以提高试验效率；操作方便，试验周期短，试验成本低。
【IPC分类】G01M13/00
【公开号】CN105388008
【申请号】CN201510934726
【发明人】侯晔星, 闫伟, 张丽强, 狄建兵, 马宁, 韩文刚, 王昊
【申请人】中国北方发动机研究所(天津)
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月14日