曲軸| 它是完整的概述和重要關係 - Lambda Geeks

內容：曲軸. 什麼是曲軸？ 曲軸的材料和製造; 曲軸圖; 曲軸設計程序; 曲軸撓度; 曲軸撓度曲線圖; 船用曲軸故障案例研究; Boxer柴油機曲軸的故障分析：案例研究 ... 跳到內容首頁曲軸|它是完整的概述和重要關係內容：曲軸什麼是曲軸？曲軸的材料和製造曲軸圖曲軸設計程序曲軸撓度曲軸撓度曲線圖船用曲軸故障案例研究Boxer柴油機曲軸的故障分析：案例研究曲軸疲勞失效分析：綜述柴油機曲軸故障的個案研究什麼是曲軸？“曲軸是由曲軸機構驅動的軸，包括一系列曲柄和曲柄銷，發動機的連桿固定在該曲柄和曲柄銷上。

它是一種機械部件，能夠在往復運動和旋轉運動之間進行轉換。

往復式發動機將活塞的往復運動轉換成旋轉形式，儘管在往復式壓縮機中，它以相反的方式平移，即旋轉成往復形式。

在兩次運動之間的這種變化期間，曲軸具有“曲柄拋出”或“曲柄銷”附加軸承表面，該軸承表面的軸線與曲柄偏移，每個氣缸的連桿的“大端”連接到該軸承表面。

曲軸可以描述為用於將活塞的往復運動轉換成旋轉運動或反之的組件。

簡而言之，它是帶有曲柄附件的軸。

典型的曲軸包括三個部分：在主軸承內旋轉的軸部分。

曲柄曲柄臂或腹板。

https://en.wikipedia.org/wiki/Crankshaft根據曲柄位置將其分為兩種類型：側曲軸中心曲軸根據編號，可以將曲軸進一步分為單擲曲軸和多擲曲軸。

軸上的曲柄。

僅具有中心曲柄或單側曲柄的曲軸稱為單擲曲軸。

具有2個或多個中心曲柄或“2”個側曲柄的曲軸，兩端分別為“1”，被認為是“多擲曲軸”。

側曲柄構型包括幾何上的簡單性，相對易於製造和組裝。

它們可與簡單的滑動軸承一起使用，並且比中心曲軸便宜。

中心曲柄構型可提供更好的穩定性，並以較低的感應較低應力來平衡力。

它們的製造成本高，並且組裝需要分開的連桿軸承。

在需要多個活塞同相工作的應用中，可以通過沿共同的旋轉中心線以指定的順序並排放置多個中心曲柄來開發多衝程曲軸。

拋出被旋轉索引以提供期望的相位。

諸如Inline和V系列發動機之類的多缸內燃機利用了多衝程曲軸。

所有類型的曲軸都會承受每個曲柄銷處旋轉的偏心質量中心產生的動力。

通常需要利用配重和動態平衡來減小由這些慣性力產生的搖動力，牽引力和搖擺副。

曲軸的材料和製造：曲軸經常經歷衝擊和疲勞的負載情況。

因此，曲軸的材料必須具有更大的韌性和更好的抗疲勞性。

它們通常是碳鋼，某些鋼或鑄鐵材料的產品。

對於工業上使用的發動機，曲軸通常由碳鋼製成，例如40-C-8、55-C-8和60-C-4。

在運輸發動機中，錳鋼，即20-Mn-2、27-Mn-2和37-Mn-2通常用於製備曲軸。

在航空發動機中，鎳鉻鋼（例如35-Ni-1-Cr-60和40-Ni-2-Cr-1-Mo-28）通常用於製造曲軸。

 曲軸通常通過落鍛或鑄造工藝精加工。

曲軸箱的表面硬化是通過表面滲碳，滲氮或感應淬火來完成的。

所選的曲軸材料必須同時滿足結構強度要求和軸承磨損要求。

在典型的曲軸應用中，柔軟的，可延展的套筒連接至連桿或機架，因此曲軸材料必須具有在軸承部位提供堅硬表面的能力。

許多材料可能滿足結構強度要求，但是在軸承位置提供耐磨性會縮小可接受的候選對象的範圍。

由於不對稱的幾何形狀，許多曲軸是通過鑄造或鍛造“毛坯”製造的，隨後進行精加工。

在某些應用中使用組合銲件。

傳統上，鑄鐵，鑄鋼和鍛鋼已用於曲軸。

每天也使用選擇性滲碳和硬化的軸承表面。

 曲軸設計程序設計必須遵循後續步驟。

計算作用在曲軸上的不同載荷的大小。

根據載荷，計算支撐結構和位置之間的距離。

為了簡化和安全的設計，必須將軸支撐在軸承的中心，並在這些點處施加所有的力和反作用力。

支撐之間的距離取決於軸承的長度，軸承的長度通常取決於軸的直徑以及可承受的軸承壓力。

腹板的厚度預計為0.4ds至0.6ds，無論“ds”是桿身的直徑。

通常將其視為0.22*D到0.32*D，其中D是圓柱孔的直徑，單位為mm。

現在就估算支撐結構之間的距離。

假定曲軸材料可接受的彎曲和剪切應力，請找到曲軸的尺寸。

曲軸撓度曲軸由分別由主軸承加固的主軸段組成，然後由多個腹板軸組成，特定的活塞連桿將在該腹板上旋轉。

曲柄曲柄即曲柄銷和連接臂必須為正方形且無撓曲。

如果不是這種情況，則會導致主軸承異常磨損。

千分錶檢測曲柄臂之間的曲軸未對準。

曲軸中心軸的多個部分之間會發生不均勻磨損。

曲軸撓度曲線圖從曲軸的中心線平行繪製一條直線，然後從每個單元的垂直線向該平行線繪製。

取每個單元的曲軸撓度後，在上圖中，在曲柄腹板的每個單元上方記錄得出的值。

在設備中心線上從參考線向下繪製（即負值，向上繪製為正值）距離-5.0毫米，這是第一個撓度讀數，線“ab”的角度與偏向“a”。

延長該線以與下一個單元的中心線相交。

後續步驟是計算從關節的該點開始的撓度，並從先前的點開始將該點連接起來，這將逐步升級為“bc”線。

必須再次重複這些步驟，直到完成。

在這些點之間繪製一條平滑曲線，並比較該曲線相對於基線XY的位置。

在上圖中，與其餘曲線相比，從單元1和2的讀數繪製的曲線離基線太遠，因此需要注意。

曲軸撓度曲線船用曲軸故障案例研究進行的案例研究是關於船用曲軸網的悲劇性故障。

曲軸受到很大的彎曲和扭轉，並分析了其對曲軸故障的綜合影響。

顯微觀察表明，裂紋的產生是由於旋轉彎曲在曲柄銷上產生的，並且擴展是循環彎曲和穩定扭轉的結合。

從裂紋萌生到曲軸最終故障的循環次數是通過讀取主機上的主機運行情況得出的。

考慮了疲勞裂紋表面上留下的基準。

通過使用線性彈性斷裂力學，計算出的循環表明傳播很快。

這也表明，與使用中的主機的總循環相比，彎曲應力水平很高。

沒有觀察到微結構缺陷或夾雜物；因此，這表明故障是由於外部原因引起的，而不是內部固有缺陷。

曲軸材料的構型為（42CrMo4+Ni+V）（化學成分，％：C=0.39;Si=0.27;Mn=0.79;P=0.015;S=.014;Cr=1.14;Mo=0.21;Ni=0.45；V=0.10）。

主機的曲軸已損壞。

曲柄網號4已經壞了。

分析了裂紋萌生區域附近的材料，並顯示出貝氏體顯微組織。

該材料具有維氏硬度285。

疲勞看起來好像在兩個不同的表面中，一個垂直於曲軸，另一個垂直於水平面，其中曲軸在兩個平面之間具有轉換區域。

因此，上述船用曲軸的悲劇性失效是由於疲勞，並伴隨著具有穩定扭轉的旋轉彎曲。

為了避免這種類型的故障，正在研究和觀察和開發新的曲軸。

參考：豐泰（FonteMA），弗雷塔斯（Freitas）船用主機曲軸故障分析：案例研究，工程故障分析16（2009）1940–1947Boxer柴油機曲軸的故障分析：案例研究該報告是關於平頭柴油機曲軸故障模式的分析。

曲軸是動態彎曲載荷較高的部件，因為旋轉彎曲加上曲柄銷的扭轉和彎曲。

曲軸承受多軸載荷。

由於動力傳遞而產生的扭曲和扭轉載荷所引起的彎曲應力和剪切應力。

曲軸由鍛鋼，球墨鑄鐵和回火球墨鑄鐵製成。

它們應具有足夠的強度，韌性，硬度和高疲勞強度。

它們必須易於機加工，熱處理和成型。

熱處理可提高耐磨性；因此，所有柴油曲軸均經過熱處理。

它們經過表面硬化處理以增強疲勞強度。

在腹板圓角等關鍵區域觀察到高水平應力，並且由於動力傳遞和振動而產生離心力。

腹板圓角區域附近的疲勞斷裂是曲軸破裂的主要原因，因為裂紋會產生，並通過該區域傳播。

 箱式電動機的曲軸規格為：排量=2000cu。

厘米，圓柱直徑=100毫米，最大功率=150馬力，最大扭矩=350牛米。

已經觀察到，在運行95,000km之後，曲軸發生故障。

在將近2000台製造的發動機上發生了疲勞故障。

經過分析，已經註意到兩個中央鋼殼的薄弱性以及裂紋導致的底板橋的屈服是導致曲軸失效的主要原因。

曲軸的彎曲幅度是由於破裂的鋼殼的弱點和位於其下方的底板的橋而增加的。

當然，沒有證據表明主軸頸軸承有材料缺陷或未對準。

曲軸的毀滅性故障歸因於鋼製支撐殼和底板橋的設計有缺陷。

製造商改進的設計將解決此問題。

參考：M.Fonte等人，《拳擊手柴油發動機的曲軸故障分析》，《工程故障分析》56（2015）109–115。

曲軸疲勞失效分析：綜述在本文中，正在使用各種方法和參數（如化學成分，力學性能，宏觀，微觀特性和理論計算）來分析空氣壓縮機曲軸斷裂的根本原因。

本文還旨在改善曲軸的設計，疲勞強度和工作可靠性。

本研究中使用的曲軸為42CrMo鋼，經過鍛造，熱處理和氮化處理以提高曲軸的疲勞強度。

曲軸斷裂原因的分析過程分為三個部分：曲軸的實驗分析宏觀特徵和微觀結構分析理論計算正在進行化學元素分析，以準確確定曲軸材料的化學成分，並檢查它們是否在標准允許值以下。

這是在光譜儀的幫助下完成的。

斷裂表面分為三個區域：（1）疲勞裂紋萌生區域，（2）疲勞擴展區域和（3）靜態斷裂區域。

在分析過程中，它的w發現由於高彎曲而導致的疲勞裂紋增長率很高。

主軸頸的未對準以及圓角與潤滑孔的未對準是導致高彎曲的主要原因。

疲勞裂紋從潤滑孔的邊緣開始，從而導致斷裂。

由於壓縮機的啟動和停止而導致的超負荷造成的海灘痕跡是不可見的。

經過一段時間的標準工作後，在特定的旋轉循環中，由於高彎曲應力集中而引起的微裂紋出現在潤滑孔的圓角上。

但是，曲軸仍可以接近正常工作狀態。

隨著工作時間的增加，波動也增加，導致裂紋擴展到靜態斷裂區域，從而導致完全破壞。

用掃描電子顯微鏡（SEM）對斷裂表面進行顯微鏡觀察，結果表明，潤滑孔邊緣的裂紋是使曲軸斷裂的原因。

根據理論計算，獲得潤滑孔和圓角區域的安全曲線，這有助於識別最薄弱的部分。

通過改善表面質量並減小表面粗糙度，可以提高曲軸的可靠性。

主軸頸的正確對準將減少感應的彎曲應力並延長曲軸的疲勞壽命。

參考：W.Li等人，《曲軸疲勞失效分析》，《工程失效分析》55（2015）139–147。

柴油機曲軸故障的個案研究本文對柴油機曲軸進行了故障分析，模態分析和應力分析。

為了評估曲軸材料的斷裂，進行了目視檢查和調查。

使用的發動機為S-4003，運轉5500小時後，曲軸在曲柄銷附近的四處破裂。

發動機運轉約30小時至700小時後，曲軸斷裂。

額外的分析表明，在第二個曲柄銷和第二個軸頸附近存在微裂紋。

研究表明，失敗的主要原因是磨削過程出錯。

為了進行進一步的實驗分析，從損壞的部分上切下樣品。

使用非線性有限元分析來確定曲軸突然失效的原因。

進行分析以確定當發動機以最大功率運行時由於循環負載條件而在軸上引起的應力。

通過應用複雜的邊界條件，通過數值分析來找到連桿和曲軸之間的關係。

為了確定自由振動的模式和頻率，對曲軸進行了數值模態分析。

分析後，觀察到曲軸4號圓角的應力值約為曲軸材料屈服應力的6％。

模態分析的結果是，在第二種自由振動模式期間，在產生裂紋的區域（臨界區）內發現了高應力區域。

進一步觀察發現，曲軸失靈是由於軸上質量不平衡而產生的共振振動引起的，從而引起高循環應力條件，從而降低了曲軸的疲勞壽命。

參考：LucjanWitek等人，《柴油發動機曲軸的故障研究》，ProcediaStructuralIntegrity5（2017）369–376了解材料強度點擊這裡.機械和熱學的新版本布雷頓循環|它最重要的關係和常見問題解答雙循環|它最重要的關係和常見問題解答奧托循環|它的重要關係和公式努塞爾特號|它的重要關係和公式質量流量|重要關係和常見問題解答文章導航←上一篇文章                                                                                                                        下一篇文章→發表評論取消回复您的電子郵件地址將不會被發表。

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