一种曲轴圆角疲劳应力检测方法与流程

本发明涉及曲轴可靠性检测，具体涉及一种曲轴圆角疲劳应力检测方法。

背景技术：

1、曲轴是发动机的关键核心部件，工作过程中承受着周期性变化的气体压力和活塞连杆组往复运动的惯性力作用，在弯曲、扭转、振动等各种复杂交变载荷相互作用下，容易产生应力集中，特别在曲柄臂与曲柄销过渡圆角部位应力集中现象尤为严重，当应力集中到一定程度后，容易从圆角部位产生裂纹并引起曲轴断裂。统计分析表明，80%左右的曲轴断裂是因弯曲疲劳产生的。因此，研究曲轴圆角部位的疲劳应力状态，改善和提高曲轴的弯曲疲劳强度是提升曲轴可靠性的重要手段，同时可以根据应力分析结果评价曲轴在结构、材料或工艺等方面的设计合理性。

2、在发动机行业，曲轴的疲劳强度主要用力矩表示，但对于结构和尺寸不同的曲轴，疲劳强度有较大差距，无法用力矩来直接进行比较，对曲轴设计、计算分析和工艺改进带来一定困难。而曲轴圆角的疲劳应力则不受曲轴形状尺寸影响，其主要与材料、热处理工艺、圆角表面加工质量有关，更能直接反应曲轴的可靠性，因此目前人们希望通过检测曲轴圆角的疲劳应力来判断曲轴的疲劳强度。

3、由于疲劳应力属于动态应力范畴，是零件在动态循环受力过程中测定的，目前对于曲轴圆角疲劳应力的测量，并没有成熟的测量方法，只能依靠模拟计算来获取，即利用特定软件建立三维计算模型，根据试样实际的加载情况，在模型上施加同等大小的载荷，通过模拟软件计算三维模型中圆角部位的应力大小。但计算模型中试样材料的组织和性能完全一致，与实际情况存在一定差异，模拟计算结果与实际应力水平的相符性难以确定，无法准确判断曲轴的可靠性。

4、因此，亟需研发一种能够检测曲轴圆角动态疲劳应力的方法，以准确、有效、快速的检测曲轴在承受动态交变载荷下的疲劳应力情况，为曲轴的设计、强度分析等提供有效的数据支持，保证曲轴可靠性。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，包括以下步骤：

2、s1、选择应变片, 根据曲轴试样圆角的大小选择合适大小的电阻应变片，并检查测试电阻应变片是否能正常工作；

3、s2、在曲轴试样圆角部位粘贴电阻应变片；

4、s3、将电阻应变片与电阻应变仪连接；

5、s4、对曲轴试样施加动态载荷，曲轴试样圆角材料与电阻应变片同步变形，曲轴试样圆角部位的应变与电阻应变片的应变相同；

6、s5、利用电阻应变仪测量电阻应变片的动态应变，根据电阻应变片的动态应变计算得出曲轴试样圆角部位的疲劳应力。

7、优选的，所述电阻应变片选取原则为：曲轴试样圆角大于3mm时，选取尺寸为2mm×2mm的电阻应变片；曲轴试样圆角小于2mm且3mm时，选择尺寸为1mm×1mm 的电阻应变片；曲轴试样圆角小于2mm时，选择尺寸为0.5mm×0.5mm 的电阻应变片。

8、优选的，所述步骤s2中电阻应变片的粘贴步骤为：

9、a1、确定电阻应变片粘贴位置，对粘贴位置进行划线标记；

10、a2、对粘贴位置的曲轴试样表面进行清洁；

11、a3、将选好的电阻应变片粘贴至粘贴位置；

12、a4、粘贴好电阻应变片后，检测电阻应变片与曲轴试样表面之间的绝缘电阻，保证绝缘电阻值在200兆欧以上，检测完成后在电阻应变片的上表面和周围涂上防护层。

13、优选的，所述电阻应变片的粘贴位置为曲轴试样连杆轴颈朝上放置时，连杆轴颈圆角的最下止点处，在粘贴位置沿连杆轴颈中心轴线方向进行划线。

14、优选的，检查测试电阻应变片时，检查确认电阻应变片的丝栅规整、引线牢固，用欧姆表测量电阻应变片的阻值，检查电阻值是否变化、是否在标称范围内。

15、优选的，所述步骤s3中，电阻应变片与电阻应变仪的电桥盒通过导线连接成四分之一电桥，连接到电桥盒的导线长度不大于1m，导线直径不小于0.5mm2。

16、优选的，所述步骤s5中电阻应变仪测量电阻应变片动态应变的方法为：

17、b1、调节电阻应变仪使电桥平衡，并选择合适的应变放大倍数；

18、b2、进行应变的测量，预估电阻应变片产生蠕变或损坏时曲轴试样圆角受到的载荷值，以此载荷值为临界点，由低到高选取至少五个载荷值，五个载荷值小于临界点的载荷值，直接从电阻应变仪中读取五个载荷值下对应的动态弯矩和电阻应变片的应变值；

19、当需要测量超出应变片形变的较大载荷下的应变时，需要利用最小二乘法对前五组数据进行线性回归，建立弯矩和应变的回归方程，由回归方程计算得出其它载荷值下的应变值。

20、优选的，根据测量的数据，通过动态应力公式计算各载荷下曲轴试样圆角的疲劳应力，动态应力公式如下：

21、

22、式中，μ为材料的泊松比，为动态应力，为应变值，e为材料的弹性模量。

23、本发明具有的有益效果为：本发明通过在曲轴圆角处粘贴电阻应变片，检测电阻应变片在不同载荷下的应变值，建立弯矩和应变的回归方程，来计算获得不同载荷下曲轴圆角处的疲劳应力。本发明提高了检测曲轴圆角在动态交变载荷下的疲劳应力的可靠性，测量结果准确度高，可操作性强，保证了曲轴的可靠性。

技术特征：

1.一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：所述电阻应变片选取原则为：曲轴试样圆角大于3mm时，选取尺寸为2mm×2mm的电阻应变片；曲轴试样圆角小于2mm且3mm时，选择尺寸为1mm×1mm 的电阻应变片；曲轴试样圆角小于2mm时，选择尺寸为0.5mm×0.5mm 的电阻应变片。

3.根据权利要求1所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：所述步骤s2中电阻应变片的粘贴步骤为：

4.根据权利要求3所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：所述电阻应变片的粘贴位置为曲轴试样连杆轴颈（1）朝上放置时，连杆轴颈（1）圆角的最下止点处，在粘贴位置沿连杆轴颈（1）中心轴线方向进行划线。

5.根据权利要求1所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：检查测试电阻应变片时，检查确认电阻应变片的丝栅规整、引线牢固，用欧姆表测量电阻应变片的阻值，检查电阻值是否变化、是否在标称范围内。

6.根据权利要求1所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：所述步骤s3中，电阻应变片与电阻应变仪的电桥盒通过导线连接成四分之一电桥，连接到电桥盒的导线长度不大于1m，导线直径不小于0.5mm2。

7.根据权利要求1所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：所述步骤s5中电阻应变仪测量电阻应变片动态应变的方法为：

8.根据权利要求1所述的一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，其特征在于：根据测量的数据，通过动态应力公式计算各载荷下曲轴试样圆角的疲劳应力，动态应力公式如下：

技术总结
本发明提出了一种曲轴圆角疲劳应力检测方法，包括以下步骤：S1、选择应变片；S2、在曲轴试样圆角部位粘贴电阻应变片；S3、将电阻应变片与电阻应变仪连接；S4、对曲轴试样施加动态载荷，曲轴试样圆角材料与电阻应变片同步变形，曲轴试样圆角部位的应变与电阻应变片的应变相同；S5、利用电阻应变仪测量电阻应变片的动态应变，根据电阻应变片的动态应变计算得出曲轴试样圆角部位的疲劳应力。本发明提高了检测曲轴圆角在动态交变载荷下的疲劳应力的可靠性，测量结果准确度高，可操作性强，保证了曲轴的可靠性。

技术研发人员：孙军,倪培相,夏丽君,邵诗波
受保护的技术使用者：天润工业技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16