發(fā)動(dòng)機(jī)連桿失效分析.doc

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿失效分析學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 作 者 XXX 學(xué) 號(hào) XXXXXXXX 專(zhuān)業(yè)班級(jí) XXXXXXXX 小組成員 XXXXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師 XXXXXX 2013年12月目錄引言 3一．基本知識(shí) 41. 連桿的結(jié)構(gòu) 42. 制造工藝 53. 鋼鍛連桿使用材料 54. 連桿受力分析及有限元法 6二．?dāng)嗫诶砘瘷z驗(yàn) 81. 材料化學(xué)成分 82. 斷口外觀質(zhì)量和失效形貌 83. 微觀斷口夾雜物檢測(cè)分析 94. 斷口金相組織 95. 斷裂位置 10三．失效原因（斷裂原因） 101. 失效原因總結(jié) 102. 連桿疲勞強(qiáng)度研究 113. 連桿疲勞壽命預(yù)測(cè) 14四．總結(jié) 151. 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素 152. 對(duì)連桿生產(chǎn)的建議 16五．參考文獻(xiàn) 17引言連桿是車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，從對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的失效歷史數(shù)據(jù)來(lái)看，連桿的失效概率非常高，而且其失效模式與失效原因具有多態(tài)性，其本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、制造工藝、熱處理工藝、工況的惡劣程度、使用頻率以及設(shè)備維護(hù)、維修等因素均可造成失效。

連桿的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把活塞上的力傳給曲軸連桿小端做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大端做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，桿身做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，它承受活塞傳來(lái)的氣體壓力，往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力及本身?yè)u擺所產(chǎn)生的慣性力的作用，這些力的大小和方向周期性變化，易引起連桿失效據(jù)統(tǒng)計(jì)，連桿的主要破壞形式是疲勞破壞摘要：連桿的主要破壞形式是疲勞破壞本文主要對(duì)鋼鍛連桿進(jìn)行分析，并從連桿結(jié)構(gòu)、制造工藝、受力分析、所選材料以及斷口組織結(jié)構(gòu)等方面對(duì)失效原因和疲勞破壞進(jìn)行分析總結(jié)關(guān)鍵詞：汽車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)、鋼鍛連桿、失效分析、疲勞連桿作為傳遞力的主要部件廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)動(dòng)力機(jī)車(chē)上， 是各類(lèi)柴油機(jī)或汽油機(jī)的重要部件發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的作用是將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的輸出發(fā)動(dòng)機(jī)連桿連接活塞和曲軸，將活塞承受氣體作用力傳給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外輸出動(dòng)力，工作時(shí)承受很高的周期性沖擊壓力、彎曲力和慣性力，這就要求連桿應(yīng)具有高的強(qiáng)度、韌性和疲勞性能，連桿體的幾何結(jié)構(gòu)有良好的結(jié)構(gòu)剛度同時(shí)也因連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)重要的運(yùn)動(dòng)部件，而高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力又要求結(jié)構(gòu)輕巧，所以要求連桿在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度、強(qiáng)度和質(zhì)量精度。

［1］一．基本知識(shí)1. 連桿的結(jié)構(gòu)連桿（connecting rod） 連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件連桿由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成，連桿體與連桿蓋分為連桿小頭、桿身和連桿大頭 連桿小頭用來(lái)安裝活塞銷(xiāo)，以連接活塞桿身通常做成“工”或“H”形斷面，以求在滿足強(qiáng)度和剛度要求的前提下減少質(zhì)量連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連一般做成分開(kāi)式，與桿身切開(kāi)的一半稱為連桿蓋，二者靠連桿螺栓連接為一體 連桿軸瓦：安裝在連桿大頭孔座中，與曲軸上的連桿軸頸裝和在一起，是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的配合副之一2. 制造工藝鋼制連桿都用模鍛制造毛坯它的鍛造工藝有兩種方案, 將連桿體和蓋分開(kāi)鍛造, 連桿體和蓋整體鍛造鋼鍛連桿的一般制造工藝如下：原材料→斷料→鍛造坯料→精模鍛→調(diào)質(zhì)處理→噴丸→硬度及表面檢查→矯正→精壓→探傷→精加工→成品［2］按照連桿體和蓋的剖分方法，目前連桿制造工藝主要分為2種：（1）傳統(tǒng)連桿制造工藝體、 蓋為整體鍛造結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)粗加工后，采用鋸斷法將體、蓋分離，精加工結(jié)合面后再組裝進(jìn)行其它精加工；（2）連桿裂解工藝與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別體現(xiàn)在斷裂面呈現(xiàn)犬牙交錯(cuò)的自然斷裂表面，由此使其具有加工工序少、節(jié)省精加工設(shè)備、節(jié)材節(jié)能、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)。

此外，裂解工藝還可使連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質(zhì)量大幅度傳統(tǒng)連桿的大批量生產(chǎn)較多采用專(zhuān)用機(jī)床，工序較多加工過(guò)程中基準(zhǔn)需經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)換，精度不易保證，適應(yīng)性較差現(xiàn)在連桿制造工藝，采用數(shù)控加工中心完成機(jī)加工，工序集中，基準(zhǔn)統(tǒng)一， 而且可以隨產(chǎn)量的增長(zhǎng)而靈活調(diào)整，是一種既經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性又強(qiáng)的先進(jìn)生產(chǎn)方式3. 鋼鍛連桿使用材料① 碳素鋼和合金鋼 國(guó)內(nèi)一般中、小型汽油機(jī)及柴油機(jī)連桿采用的傳統(tǒng)材料是碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼，通常小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)采用碳素調(diào)質(zhì)鋼，大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)采用合金調(diào)質(zhì)鋼碳素鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.40%～0.55% ；合金鋼主要添加的合金元素是鉻、錳、鉬、硼等，可單獨(dú)添加或復(fù)合添加［3］碳素鋼連桿的調(diào)質(zhì)硬度一般在229~269HBS，合金鋼連桿的調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)到300HBS，但最高不超過(guò)330HBS，這主要是考慮后續(xù)的機(jī)械加工調(diào)質(zhì)連桿具有足夠的強(qiáng)度和塑性，一般碳素鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)到800 MPa以上，沖擊韌度在60 J/cm以上；合金鋼調(diào)質(zhì)鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)到900 MPa以上，沖擊韌度在80J/cm以上，可滿足連桿的可靠性要求調(diào)質(zhì)鋼連桿的制造工序是，棒料經(jīng)過(guò)剪切，熱鍛成形，調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)力噴丸、機(jī)械加工，裝配和檢測(cè)。

② 非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)化機(jī)理是在中碳鋼的基礎(chǔ)上添加釩、鈦、鈮等微合金元素，通過(guò)控制軋制或控制鍛造過(guò)程的冷卻速度，使其在基體組織中彌散析出碳、氮的化合物使其得到強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼省略了鍛后的熱處理，從而節(jié)省了能源，減少了生產(chǎn)工序，降低了成本另外，由于省略了調(diào)質(zhì)工序，避免了零件在熱處理工序中產(chǎn)生的淬火裂紋和變形等一系列的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有一定的好處非調(diào)質(zhì)鋼按其強(qiáng)韌可以分4類(lèi)（如表1）其中基本型和高強(qiáng)度型適用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿③ 粉末燒結(jié)粉末燒結(jié)鍛造工藝在20世紀(jì)60年代就已出現(xiàn)當(dāng)時(shí)，美國(guó)、日本及歐洲的一些國(guó)家均進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作由于當(dāng)時(shí)金屬粉末的種類(lèi)極少，又受到成本的限制，發(fā)展不快隨著金屬粉末、合金粉末的開(kāi)發(fā)及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，粉末燒結(jié)鍛造工藝也相應(yīng)的得到發(fā)展，并且逐漸的應(yīng)用到汽車(chē)結(jié)構(gòu)件的制造之中4. 連桿受力分析及有限元法對(duì)連桿高速運(yùn)動(dòng)中的受力狀況進(jìn)行理論分析，需結(jié)合有限元軟件ANSYS對(duì)活塞連桿進(jìn)行三維準(zhǔn)靜態(tài)有限元分析研究，計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)、工作狀況相符；采用接觸算法，以理論分析為依據(jù)，模擬分析為手段，找出導(dǎo)致連桿失效的主要因素活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)狀況如圖1所示其中，小頭端隨活塞組做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，大頭端繞曲柄銷(xiāo)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，桿身部分為往復(fù)運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)所合成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)；連桿的受力情況較為復(fù)雜，在其桿身的每一個(gè)截面上都會(huì)有彎矩、剪力和法向力，但彎矩和剪力都不大，桿身的主要載荷是交變的拉壓負(fù)荷。

［4］圖1活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)柴油機(jī)活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)極不均勻，伴隨著很大的加減速度，產(chǎn)生超重上千倍的慣性負(fù)荷，對(duì)連桿的強(qiáng)度和耐久性影響很大，并導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲這些慣性負(fù)荷主要有：活塞組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力，曲軸不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力，連桿運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力［5］受計(jì)算機(jī)技術(shù)限制，以往的連桿有限元分析計(jì)算一般是將連桿計(jì)算模型簡(jiǎn)化成二維平面問(wèn)題來(lái)處理近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力越來(lái)越大，連桿計(jì)算越來(lái)越多采用三維有限元分析三維有限元分析時(shí)因單元數(shù)量多，計(jì)算量龐大，資源占用嚴(yán)重，所以通常連桿分析模型一般不包括活塞銷(xiāo)和連桿軸頸，連桿受力是通過(guò)加在連桿大、小頭孔內(nèi)表面的載荷來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算分析模型簡(jiǎn)化會(huì)給建立模型、劃分網(wǎng)格、分析計(jì)算等過(guò)程帶來(lái)方便，所需的計(jì)算資源減少，但同時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題是簡(jiǎn)化處理過(guò)多會(huì)影響計(jì)算結(jié)果精度接觸問(wèn)題是有限元分析中的一個(gè)難點(diǎn)因?yàn)檫B桿與活塞銷(xiāo)、曲軸等零件相互作用組成一個(gè)受力系統(tǒng)，每個(gè)零件間的接觸表面有力的相互作用采用接觸分析法能最大限度地模擬連桿與活塞銷(xiāo)、曲軸間的關(guān)系［6］因此，本文采用接觸法來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿進(jìn)行分析，分析過(guò)程中同時(shí)考慮到活塞銷(xiāo)和連桿軸頸，在連桿與活塞銷(xiāo)、連桿與連桿軸頸間分別建立彈性接觸對(duì)，用接觸對(duì)來(lái)模擬連桿與活塞銷(xiāo)、連桿與連桿軸頸間的連接關(guān)系，使連桿分析模型盡量與連桿工作的實(shí)際狀況相吻合，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分析的目的。

二．?dāng)嗫诶砘瘷z驗(yàn)采用 QUANTA-400 型掃描電鏡對(duì)失效連桿斷口進(jìn)行形貌觀察分析從連桿斷口附近切取試樣進(jìn)行拋光，經(jīng)4%HNO3酒精溶液腐蝕后，用 LEICA DMI5000M光學(xué)顯微鏡觀察其顯微組織連桿的化學(xué)成分采用化學(xué)粉末法進(jìn)行分析1. 材料化學(xué)成分碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼是連桿用鋼的傳統(tǒng)鋼種，如：40Cr 連桿，其化學(xué)成分如下：CSiMnCrSP0.40—0.420.22—0.230.62—0.660.80—1.100.01—0.030.007—0.0082. 斷口外觀質(zhì)量和失效形貌具體取樣位置見(jiàn)示意圖2連桿桿身斷裂成兩部分， 同時(shí)可以看出桿部有明顯的扭曲塑性變形（圖3、圖4）圖2 斷裂位置 圖3 裂紋源 圖4 宏觀斷口形貌對(duì)斷口進(jìn)行除油、除銹處理后，在裂紋源的過(guò)渡圓弧表面未發(fā)現(xiàn)明顯的擦傷或腐蝕溝槽斷口均呈明顯疲勞斷口， 均有清晰可見(jiàn)的疲勞貝紋（外凸）可看出斷口分成兩個(gè)區(qū)， 裂紋擴(kuò)展區(qū)和斷裂區(qū)在擴(kuò)展區(qū)的某些區(qū)域可觀察到類(lèi)似疲勞的花樣由弧線的彎曲方向，可知裂紋源的位置［2］3. 微觀斷口夾雜物檢測(cè)分析在斷裂部位進(jìn)行掃描電鏡觀察， 如圖5 所示，在裂紋源區(qū)斷面的主要形貌由韌窩和夾雜物組成。

圖5 裂紋源區(qū)的夾雜物分布對(duì)斷口處進(jìn)行試樣元素檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)S、Mn、Si、Al等元素含量很高， 雜質(zhì)多為A 類(lèi)或B 類(lèi)夾雜物，還有少量爐渣4. 斷口金相組織從圖6 可以看出，組織主要為細(xì)片狀的屈氏體和沿晶分布的網(wǎng)狀鐵素體，顯然，這種組織是在調(diào)質(zhì)淬火過(guò)程中由于冷卻不足所造成的，連桿中調(diào)質(zhì)組織的片狀屈氏體，和邊緣處的貧碳層為連桿過(guò)早的發(fā)生塑性變形提供了組織上的有利條件；邊界上的夾雜物阻止塑性變形，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積形成應(yīng)力集中區(qū)，為顯微裂紋的形成提供了有利條件裂紋顯微形貌見(jiàn)圖7 100 μm 50μm圖6斷口下側(cè)金相組織圖圖7裂紋顯微形貌5. 斷裂位置對(duì)不同類(lèi)型的連桿的破壞進(jìn)行深入研究，綜合起來(lái)可以得出，連桿的破壞可能出現(xiàn)在以下幾個(gè)部位：桿身斷裂；連桿小頭斷裂；連桿大頭斷裂；連桿蓋斷裂；連桿螺栓斷裂；“直角臺(tái)階”處的疲勞斷裂從以上的破壞部位可以看出，幾乎連桿所有部位都有可能出現(xiàn)斷裂但是從連桿破壞的大量實(shí)例來(lái)看，無(wú)論是主副連桿，還是并列連桿，以其桿部的疲勞斷裂居多疲勞破壞的主要形式有：磨損、腐蝕和斷裂。

［7］三．失效原因（斷裂原因）1. 失效原因總結(jié)整個(gè)斷口分為斷裂源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)及最后瞬斷區(qū)從連桿破壞的大量實(shí)例來(lái)看，無(wú)論是主副連桿，還是并列連桿，以其桿部的疲勞斷裂居多疲勞破壞的主要形式有：磨損、腐蝕和斷裂裂紋源區(qū)在軸頸圓角面的小曲面上，斷口邊緣較為鋒利，擴(kuò)展區(qū)較大，呈現(xiàn)貝殼狀擴(kuò)展花樣，瞬斷區(qū)域較小并呈纖維狀斷口形貌（如圖2—圖4），整個(gè)斷口表現(xiàn)為低應(yīng)力作用下的彎曲疲勞斷裂裂紋萌生后的亞穩(wěn)擴(kuò)展較慢，擴(kuò)展區(qū)也較大，從裂紋的形成到裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展經(jīng)歷了一定的時(shí)間，這與汽車(chē)的實(shí)際運(yùn)行里程也比較吻合導(dǎo)致疲勞失效的原因總結(jié)如下：（1）當(dāng)材料中有大量的夾雜物時(shí)，由于夾雜物本身與基體材料差異，在夾雜物周?chē)辛溯^大應(yīng)力，循環(huán)加載初期，集中的應(yīng)力得以釋放而導(dǎo)致裂紋的萌生，并在夾雜物的尖角處集中，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，晶粒內(nèi)部產(chǎn)生不均勻塑性變形隨著損傷的不斷積累，開(kāi)始形成微裂紋，裂紋沿一定的滑移系不斷擴(kuò)展，最終成為導(dǎo)致基體材料斷裂的主裂紋2）材料組織為片狀的屈氏體和沿晶分布的網(wǎng)狀鐵素體以及邊緣處不同程度的貧碳，因貧碳層的強(qiáng)度下降，在外力的作用下首先發(fā)生塑性變形，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到障礙物受阻時(shí)，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積形成高應(yīng)力區(qū)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)臨界值時(shí)，則形成微裂紋。

［2］（3）熱處理時(shí)連桿表面形成粗大的針狀馬氏體組織，使連桿具有較大脆性，易發(fā)生脆性斷裂2. 連桿疲勞強(qiáng)度研究連桿的主要破壞形式是疲勞破壞1） 疲勞現(xiàn)象強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命是對(duì)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械使用的三個(gè)基本要求, 其中疲勞破壞是工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械失效的主要原因之一, 引起疲勞失效的主要原因是重復(fù)載荷疲勞壽命是指結(jié)構(gòu)或機(jī)械直至破壞所作用的循環(huán)載荷的次數(shù)或時(shí)間疲勞特征零件、構(gòu)件的疲勞破壞可分為3 個(gè)階段: ①微觀裂紋階段在循環(huán)加載下, 由于物體的最高應(yīng)力通常產(chǎn)生于表面或近表面區(qū), 該區(qū)存在的駐留滑移帶晶界和夾雜, 發(fā)展成為嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)并首先形成微觀裂紋此后, 裂紋沿著與主應(yīng)力約成45角的最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展, 裂紋長(zhǎng)度大致在0.005mm以內(nèi), 發(fā)展成為宏觀裂紋②宏觀裂紋擴(kuò)展階段裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展③瞬時(shí)斷裂階段當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時(shí), 物體就會(huì)在某一次加載下突然斷裂，對(duì)應(yīng)于疲勞破壞的3 個(gè)階段,在疲勞宏觀斷口上出現(xiàn)有疲勞源疲勞裂紋擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂3個(gè)區(qū)2） 疲勞力學(xué)性能指標(biāo) 金屬的疲勞力學(xué)性能指標(biāo)有：疲勞缺口敏感度、應(yīng)力比、疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子范圍、最大載荷、最小載荷、平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、保持時(shí)間、疲勞壽命、疲勞極限、理論應(yīng)力集中系數(shù)、疲勞缺口系數(shù)、疲勞裂紋擴(kuò)展速率、累積循環(huán)次數(shù)（3） 疲勞強(qiáng)度測(cè)試①試驗(yàn)設(shè)備連桿疲勞試驗(yàn)在液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)采用液壓方式加載，加載過(guò)程中對(duì)試樣無(wú)沖擊，也允許試樣裝夾時(shí)存在間隙，但是試驗(yàn)頻率較低，一般不高于30Hz，因而試驗(yàn)周期較長(zhǎng)②裝夾方式在工況下，連桿小頭孔與活塞銷(xiāo)之間一般為間隙配合且有潤(rùn)滑油并帶有襯套在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，連桿的裝夾方式應(yīng)盡量模擬連桿實(shí)際工作中的受載環(huán)境，并加注潤(rùn)滑油在使用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，由于試驗(yàn)設(shè)備要求連桿小頭孔與銷(xiāo)之間必須采用過(guò)盈配合，所以連桿小頭孔與活塞銷(xiāo)之間不能加注潤(rùn)滑油，連桿孔在試驗(yàn)過(guò)程中的受載情況與實(shí)際工況有較大差別，影響了試驗(yàn)結(jié)果圖8液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上連桿裝夾方式在使用液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，用連桿夾具固定連桿大頭和小頭（如圖8），大頭用尺寸與曲軸連桿軸頸相同的大頭銷(xiāo)替代，小頭孔與活塞銷(xiāo)可采用間隙配合方式連接［8］③試驗(yàn)方法目前，連桿疲勞試驗(yàn)規(guī)范一般執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按加載方式不同來(lái)分，常見(jiàn)的試驗(yàn)加載方式有如下兩種1） 恒定負(fù)荷比法恒定負(fù)荷比法是在試驗(yàn)加載時(shí)，保持負(fù)荷比Rf不變，用名義負(fù)荷中的最大壓力和最大拉力乘以一個(gè)安全系數(shù)來(lái)確定試驗(yàn)載荷2） 恒定最大壓力法恒定最大壓力法是在試驗(yàn)加載時(shí)，用發(fā)動(dòng)機(jī)的最大超轉(zhuǎn)速乘以一個(gè)系數(shù)，然后由此確定出試驗(yàn)過(guò)程中的最大壓力，而試驗(yàn)載荷中的拉力用連桿名義負(fù)荷中的最大拉力乘以一個(gè)安全系數(shù)來(lái)確定。

④疲勞試驗(yàn)流程1） 確定加載方式根據(jù)連桿設(shè)計(jì)部門(mén)對(duì)連桿的要求，確定適當(dāng)?shù)募虞d方式2）確定試驗(yàn)樣品試驗(yàn)樣品必須是完整的連桿總成，包括連桿、連桿蓋、連桿螺栓、連桿軸瓦以及襯套根據(jù)試驗(yàn)方法確定所需樣品數(shù)量用成組法確定連桿的S-N曲線時(shí)，為了保證疲勞試驗(yàn)的可靠性，同時(shí)考慮試驗(yàn)周期不能太長(zhǎng)，需要在4—5個(gè)應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)應(yīng)力水平試驗(yàn)4—6個(gè)試樣，一般需要25—30個(gè)試樣用升降法確定連桿的疲勞極限，一般需要10個(gè)試樣在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)前，需要對(duì)試驗(yàn)連桿進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)，以確定試驗(yàn)連桿負(fù)荷技術(shù)條件要求試驗(yàn)樣品必須明確其在設(shè)計(jì)過(guò)程或生產(chǎn)過(guò)程中所處的具體環(huán)節(jié)3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理通過(guò)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，可以得出試驗(yàn)連桿在一系列載荷下的疲勞壽命，并可以確定出在各個(gè)載荷下的破壞情況利用P-S-N曲線法估算疲勞極限時(shí)，可分別求出存活率(P)為99.9%、95%和50%的P-S-N曲線以某型連桿為例進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，以載荷對(duì)數(shù)值lgS為縱坐標(biāo)、壽命對(duì)數(shù)值lgN為橫坐標(biāo)，在不同的存活率下按直線擬合出對(duì)數(shù)P-S-N曲線（如圖9），通過(guò)P-S-N曲線，可以求得不同存活率下的疲勞極限載荷值Sr和安全系數(shù)Ks（如表2）。

圖9某連桿的P-S-N曲線表2 某連桿的疲勞極限載荷值Sr和安全系數(shù)KsP/%99.995.09050Sr/kN66697073Ks1.801.841.851.894）試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià) 通過(guò)對(duì)連桿進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，可以確定出連桿的薄弱部位，同時(shí)可以確定出試驗(yàn)連桿的安全系數(shù)3. 連桿疲勞壽命預(yù)測(cè)根據(jù)疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，用積分法算出疲勞裂紋擴(kuò)展壽命Np，也可以算出帶裂紋或缺陷機(jī)件的剩余疲勞壽命 對(duì)于機(jī)件疲勞壽命的估算，一般先用無(wú)損探傷的方法確定機(jī)件初始裂紋尺寸a0、形狀位置和取向，從而確定ΔK的表達(dá)式ΔK=YΔσ，再根據(jù)材料的斷裂韌度K1c及工作名義應(yīng)力，確定臨界裂紋尺寸，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，最后用積分方法計(jì)算從到所需的循環(huán)周次，即使疲勞剩余壽命［9］四．總結(jié)1. 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素 疲勞斷裂一般是從機(jī)件表面應(yīng)力集中處或材料缺陷開(kāi)始的，或者是從二者結(jié)合處發(fā)生的因此，材料和機(jī)件的疲勞強(qiáng)度不僅與材料成分、組織結(jié)構(gòu)及夾雜物有關(guān)，而且還受載荷條件、工作環(huán)境及表面處理?xiàng)l件的影響影響疲勞強(qiáng)度的各種因素歸納于表3中 表3 影響材料及機(jī)件疲勞強(qiáng)度的因素工作條件載荷條件（應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力比、過(guò)載情況與次載情況、 平均應(yīng)力）載荷頻率環(huán)境溫度環(huán)境介質(zhì)表面狀態(tài)及尺寸因素尺寸效應(yīng)表面粗糙度缺口效應(yīng)表面處理及殘余內(nèi)應(yīng)力表面噴丸及滾扎表面熱處理表面化學(xué)熱處理表面涂層材料因素化學(xué)成分組織結(jié)構(gòu)纖維方向內(nèi)部缺陷2. 對(duì)連桿生產(chǎn)的建議①加工前對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的金相檢驗(yàn)，采用超聲探傷，避免刀痕、擦傷、裂痕等表面缺陷，提高材質(zhì)表面質(zhì)量；②選用夾雜物較少的鋼材，以減少夾雜物對(duì)零件力學(xué)性能的影響；③制定正確的熱加工工藝，防止和減少連桿在鍛造和熱處理過(guò)程中的氧化脫碳；④選用恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，避免形成粗大的晶?！?/p>

五．參考文獻(xiàn)［1］ 馬曉春等. 連桿鍛件的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策［J］．浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29（2）：156-160.［2］ 張進(jìn)，趙曉博，陶世杰，姜江，張金芳，徐景峰．發(fā)動(dòng)機(jī)連桿失效分析（山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南；濰柴動(dòng)力股份公司，山東濰坊）．鑄造設(shè)備與工藝，2010，4(8)：39-42．［3］ 曹正．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)．中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司技術(shù)中心． 汽車(chē)工藝與材料，2007(1) ：7-10．［4］ 王金元，趙春婕．康明斯6 CT柴油機(jī)連桿運(yùn)動(dòng)受力分析. 陜西理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院．農(nóng)機(jī)化研究，2010(5)：陜西漢中．［5］ Firat M，Kocabicak U.Analytical durability modeling and evaluation-complementary techniques for physical testing of automotivecomponents［J］.Engineering Failure Analysis，2004，11（3）：655-674.［6］ 劉顯玉．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的有限元分析．機(jī)電設(shè)備，遼寧科技學(xué)院．2005(3)：9-11．［7］ 張桂明，姚烈，李嘉等．探索疲勞損傷理論在車(chē)輛疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用[J]．上海汽車(chē)，2002(1)：26-27．［8］ 李慧遠(yuǎn)，何才．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿疲勞試驗(yàn)方法．中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司技術(shù)中心，吉林長(zhǎng)春．汽車(chē)工藝與材料，2005：30-31.［9］ 束德林.工程材料力學(xué)性能［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：109-116.17。