[科普中国]-曲轴弯曲疲劳试验机

曲轴弯曲疲劳试验机采用电磁激振式原理设计，通过对试样的频谱跟踪找到共振频率，在协震的状态下完成对试样抗疲劳的性能测试。

曲轴疲劳试验机曲轴疲劳试验机的主要目的的评估曲轴的疲劳强度。试验是在专门的疲劳试验机上进行的，它通常是液压驱动，模拟发动机运行时曲轴上所受到的相应载荷。

试验目的编辑

这个疲劳试验是作为产品的认可依据试验件应该可以作为部件生产过程的一个主要验证方法。因此样件应该达到生产的标准。在发动机开发的早期阶段就应该做原型件的初步试验。

试验的区间应该是曲轴的圆角，可以用不同的方法增加弯曲疲劳强度，例如滚压和淬水。可以用EXCITE软件计算发动机运转期间的曲轴疲劳强度。计算出曲柄销圆角最低安全安全系数（在最大疲劳破坏载荷），然后用于试验件的弯曲载荷试验的载荷确定。这个意味着弯曲载荷的条件应该用于曲轴疲劳分析的基础上进行。疲劳强度的分析应结合至少两个曲柄销的圆角区域的金相分析检测，另外曲柄销的圆角区域的微硬度测量也应该做，因为他决定于硬度型线。曲轴截面上多点硬度测量结果进行。

实验缘由编辑

曲轴曲轴是汽车发动机的重要部件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

曲轴的润滑曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑． 这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。

发动机的工作过程发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个机械系统的源动力。

曲轴失效成因——弯曲/扭曲疲劳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最常见形式。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。因此无论是在产品开发阶段还是在生产检验阶段 ，都要求对曲轴的疲劳性能进行检验。

曲轴弯曲/扭转疲劳试验考察目标编辑

鉴于曲轴失效的主要形式通常为单纯的弯曲疲劳破坏或扭转疲劳破坏，同时考虑设备的能力及考察的准确程度，在对曲轴进行疲劳试验时，通常是进行独立的弯曲疲劳试验或（和）扭转疲劳试验。

但是，无论进行哪种试验，采用哪种标准（规范、方法等），一般情况下，考察的性能指标主要有以下几种。

a.在50%存活率下的弯曲/扭转疲劳极限及安全系数。

b.测定弯曲/扭转S-N曲线。

c.在某一弯矩/扭矩下的疲劳性能。

d.测定圆角应力。

e.常规性能检验，包括化学成分、金相组织、表面处理、强韧性以及疲劳试验前后的探伤检验等。

曲轴疲劳试验设备分类编辑

目前从设备原理上分，国内外应用的曲轴弯曲疲劳试验设备主要有电磁激振式、机械式两大类，而电磁激振式曲轴疲劳试验机的应用最为广泛。与机械式曲轴疲劳试验机相比，电磁激振式曲轴疲劳试验机的电耗功率小、设备能力高、指示精度高、判断试验件的破坏程度较为灵敏。

电磁激振式曲轴疲劳试验机编辑

基本构成电磁激振式曲轴疲劳试验机主要由电控系统、机械谐振系统两大部分构成。

电控系统主要由功率放大器、函数发生器、计数器、动静态电阻应变仪等构成。

机械谐振系统主要由激振器、龙门架、振动摆体等构成。

工作原理函数发生器发出指定频率和指定幅度的正弦波，驱动功率放大器使激振器产生振动波形，机械谐振系统随之产生振动，调整函数发生器发出的频率至系统的共振频率，即进入正常的工作状态。操作人员根据共振频率下降的情况来判断曲轴的破坏情况。

基本要求使用该种设备进行试验时，试验样品必须是独立的曲拐单元，试验时通过夹具夹在两主轴颈上。

机械式曲轴疲劳试验机编辑

基本构成机械式曲轴疲劳试验机主要由激振臂、谐振臂、激振器、交流电机、变频调速器、速度传感器、工控计算机等构成。

工作原理试验曲轴夹持在激振臂和谐振臂之间构成音叉，当电机旋转驱动偏心振子产生离心力时曲轴被激振。

基本要求选择适当的偏心距，控制电机转速以达到曲轴试验弯矩的负荷要求，保持恒定转速持续试验。

参考资料：汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法

简介：在现在工业各领域中，大约50~90%以上的结构强度破坏都是由于疲劳破坏造成的，如曲轴、连杆、齿轮、弹簧、螺栓等。因此了解机械零部件的疲劳强度或极限对于判断其是否达到设计、工艺等要求是相当必要的。电动谐振式疲劳试验装置作为检测疲劳强度或极限的试验设备，其兼有电液伺服试验装置的载荷精确稳定，自动化程度高和谐振式试验机的试验效率高、能耗低的优点，因而在汽车材料和零部件中的应用日益广泛，如圆形和板状试样疲劳试验，现已拓展到曲轴、扭力杆、转向节、半轴套管、转向叉和气门弹簧等零件的弯曲、扭转或压缩疲劳试验。迄今为止，此类装置已先后为东汽公司、一汽、南汽、玉柴、朝柴、神龙、大柴、锡柴、文登曲轴厂、常柴等十多家主机和曲轴加工厂所采用。ERD电动谐振式疲劳试验机是在原有装置的基础上，根据用户使用要求和试验设备向智能化、网络化发展的需要而改进的新一代试验装置1。

特点曲轴疲劳试验机主要特点1、采用计算机监督控制系统，提供可靠、稳定的系统控制，以及完备、高效、稳定的系统保护。（包括对功放电流的监测保护）；

2、完全计算机控制，提供良好的操作界面，简单、直观的操作，指导操作人员有步骤的正确操作；

3、标定系统，指导操作人员正确完成系统的标定工作；

4、对加速度实行闭环控制，使载荷非常稳定，波动小于1.5%；

5、指令频率能自动跟随机械系统固有频率变化，使系统始终工作于共振状态；

6、自动化程度高，系统在发生下列情况之一时能可靠地停止试验:

试件上出现一定长度的裂纹；

完成预定的循环数；

载荷幅度超过(或低于)预置的上限(下限)。

具有停电记忆功能；

扩展功能本机采用“一拖二”功能，保留扩展至“一拖四”功能的软件条件；

应用范围：曲轴弯曲疲劳试验、曲轴扭转疲劳试验

详细情况请咨询 济南上地电子科技有限公司 王文成

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学