汽車連桿曲軸彈簧齒輪傳動軸噴丸強(qiáng)化防止零件疲勞
時(shí)間:2020/12/29 13:37:11來源:http://www.qd-jcjx.com 作者:齒輪噴砂機(jī)-傳動軸噴砂機(jī)-大連噴砂機(jī)-沈陽噴砂機(jī)-吉林噴砂機(jī)-常春噴砂機(jī) 點(diǎn)擊::次
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彎曲疲勞
彎曲疲勞是最常見的疲勞失效形式。拋丸/噴丸強(qiáng)化對于克服這一失效情況最為有效，因?yàn)榱慵砻嬲抢瓚?yīng)力集中的區(qū)域。處于一彎曲載荷下的懸臂梁。該梁的彎曲變形造成其表面處于向外拉伸的拉應(yīng)力狀態(tài)。表面表層任何半徑或幾何形狀的變化都會引起拉應(yīng)力的增加。
完全反向彎曲又讓零件處于拉應(yīng)力和壓應(yīng)力交叉交變應(yīng)力的情況下，這是最具有破壞性的疲勞載荷情形。交變應(yīng)力中的拉應(yīng)力部分導(dǎo)致疲勞裂紋形成和延展。
齒輪
齒輪強(qiáng)化是非常典型且普遍的應(yīng)用。任何尺寸和形式的齒輪都可通過拋丸/噴丸強(qiáng)化來改善齒廓根部的彎曲疲勞屬性。輪齒的嚙合與懸臂梁情況相似。齒面接觸形成的載荷在接觸點(diǎn)下方的根部位置產(chǎn)生彎曲應(yīng)力
齒輪通常是在硬化后進(jìn)行拋丸/噴丸強(qiáng)化。增加的表面硬度會成比例地提高壓應(yīng)力水平。根據(jù)工藝參數(shù)，經(jīng)滲碳和拋丸/噴丸強(qiáng)化后齒輪的最大殘余壓應(yīng)力范圍可在170-230 ksi (1170-1600 MPa)。強(qiáng)化滲碳齒輪，通常用硬度較大的鋼丸(55-62 HRC)。如果想對齒面的影響小些，可選用硬度低一點(diǎn)的鋼丸(45-52 HRC)，那產(chǎn)生的壓應(yīng)力水平將是硬度高丸料產(chǎn)生的50%左右。
在齒面節(jié)線附近通過錘擊、研磨、珩磨、振動光飾導(dǎo)入一個(gè)壓應(yīng)力，是增強(qiáng)齒輪抗疲勞點(diǎn)蝕最佳的方法。經(jīng)表面精整處理后，能進(jìn)一步降低接觸應(yīng)力。但必須小心，不可蓋掉超過10%的噴丸強(qiáng)化層。對噴丸強(qiáng)化小凹痕的光整處理，可以讓接觸載荷在一個(gè)較大表面積上分布開，這樣可進(jìn)一步減少接觸應(yīng)力。
在部分齒輪加工制造中，經(jīng)過可控性拋丸/噴丸強(qiáng)化后的齒輪，在1,000,000次循環(huán)作用后，疲勞強(qiáng)度可增加30%或更多。以下組織/規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)證實(shí)了利用可控性噴丸強(qiáng)化，齒面彎曲載荷顯著增加
勞氏船級社：增加20%
挪威船級社：增加20%
ANSI/AGMA 6032-A94 船用齒輪規(guī)格：增加15%
連桿
連桿是發(fā)動機(jī)中傳遞動力的重要零件。它將活塞的往復(fù)運(yùn)動變?yōu)閰^(qū)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并把作用在活塞組上的力傳給曲軸。連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。因此在設(shè)計(jì)連桿時(shí)應(yīng)首先保證其具有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。顯然為了增加連桿的強(qiáng)度和剛度不能簡單地加大結(jié)構(gòu)尺寸因?yàn)檫B桿重量的增加會使慣性力相應(yīng)增加所以連桿設(shè)計(jì)的一個(gè)重要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的強(qiáng)度和剛度即連桿輕量化設(shè)計(jì)是最終設(shè)計(jì)目標(biāo)。連桿應(yīng)力集中即最常發(fā)生失效的部位在靠近大頭孔中心I-梁兩側(cè)轉(zhuǎn)接圓角處。
以連桿疲勞安全系數(shù)為量的指標(biāo)，為滿足強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)要求，且重量最輕的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方案就是在對無論是鍛造、鑄造或粉末冶金連桿進(jìn)行任何鏜孔機(jī)加工前，先進(jìn)行拋丸/噴丸強(qiáng)化，這樣可以避免屏蔽孔穴增加的額外成本。強(qiáng)化前后都不需要對連桿做其他的預(yù)處理或后處理。
曲軸
通常情況下，曲軸所有的軸頸面變化轉(zhuǎn)接圓角都需要進(jìn)行拋丸/噴丸強(qiáng)化。這其中包括軸承軸頸，曲柄銷。曲柄銷軸承圓角是應(yīng)力集中的地方，最大應(yīng)力發(fā)生在曲柄銷過渡圓角的底部，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時(shí)，曲柄銷是位于上止點(diǎn)的位置。應(yīng)力分析,確定了曲柄銷過渡圓角經(jīng)常是裂紋啟裂部位，且向主鄰近的主軸承圓角擴(kuò)展，直至造成整個(gè)曲軸的破壞性斷裂失效。
大量的試驗(yàn)證明年，無論是鍛制中碳鋼曲軸、鑄鋼曲軸還是球墨鑄鐵曲軸或奧貝球鐵曲軸，拋丸/噴丸強(qiáng)化都是提高工件抗疲勞性能和安全使用壽命的有效方法。
柴油發(fā)動機(jī)曲軸- 曲軸是柴油發(fā)動機(jī)的重要部件，無論是在產(chǎn)品開發(fā)階段還是在生產(chǎn)檢驗(yàn)階段，都要求對曲軸的疲勞性能進(jìn)行檢驗(yàn)。在發(fā)動機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，曲軸所承受的載荷主要是彎曲／扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷，彎曲疲勞破壞是曲軸失效的最常見形式，而在發(fā)動機(jī)輸出功率較大、曲軸承受扭矩較大的情況下，扭轉(zhuǎn)疲勞破壞則成為主要失效形式。
對某柴油發(fā)動機(jī)的曲軸試片進(jìn)行疲勞比較試驗(yàn)，材料是Armco 17-10 Ph不銹鋼。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)強(qiáng)化的曲軸和經(jīng)拋丸/噴丸強(qiáng)化的曲軸，在經(jīng)過10億次的交變應(yīng)力載荷作用后，測得的疲勞強(qiáng)度分別為43 ksi (293 MPa) 和 56 ksi (386MPa)，這說明經(jīng)過拋丸/噴丸強(qiáng)化，柴油機(jī)曲軸的疲勞強(qiáng)度提高了約30%
扭轉(zhuǎn)疲勞也是一種可通過拋丸/噴丸強(qiáng)化來有效克服的失效形式，因?yàn)槠淅瓚?yīng)力集中在工件表面。扭轉(zhuǎn)載荷產(chǎn)生的應(yīng)力可在水平方向也可以是垂直方向，而最大拉應(yīng)力則發(fā)生在與零件水平軸成45度的方向。
低強(qiáng)度材料則容易在垂直剪切面處由于扭轉(zhuǎn)疲勞而發(fā)生失效斷裂。那是因?yàn)樗鼈儗τ诩羟辛Φ某惺苄匀跤趯炝Φ某惺苄�。高�?qiáng)度材料則最容易在與工件水平軸成45度的方向發(fā)生失效斷裂，那是因?yàn)樗鼈儗τ诶炝Φ某惺苄匀跤趯羟辛Φ某惺苄浴?
壓縮彈簧
壓縮彈簧受高交變載荷作用且最大應(yīng)力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以拋丸/噴丸強(qiáng)化也是提高壓縮彈簧疲勞強(qiáng)度的理想工藝。彈簧材料在軋制、拉拔、卷制和壓縮過程中造成拉應(yīng)力。除了服役后處于高交變載荷的工況條件，卷制工藝本身會使彈簧內(nèi)圈形成破壞性的拉應(yīng)力。
拋丸/噴丸強(qiáng)化導(dǎo)入一個(gè)反作用的壓應(yīng)力，是表面轉(zhuǎn)變成殘余壓力層，強(qiáng)度約150 ksi (1035 MPa).。這是彈簧極限拉伸強(qiáng)度(UTS)的60%，其結(jié)果實(shí)現(xiàn)了彈簧疲勞壽命延長到500,000次載荷作用次數(shù)，而不發(fā)生失效。
除壓簧外，拋丸/噴丸強(qiáng)化同樣適用于其它彈簧如拉簧、扭簧、懸架彈簧、板簧等的強(qiáng)化加工。疲勞失效點(diǎn)通常發(fā)生在殘余拉應(yīng)力和承受的交變載荷應(yīng)力集中作用的地方，所以不同彈簧的強(qiáng)化部位有所不同。
傳動軸
傳動軸是通過旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行動力傳動的，因此在其旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上就會產(chǎn)生拉力載荷。由于絕大多數(shù)的傳動軸都是大載荷承力構(gòu)件，所以是拋丸/噴丸強(qiáng)化最佳的適用對象。傳動軸通常發(fā)生失效的部位在花鍵、切口、圓角、鍵槽處。
扭桿
扭桿和橫向推力桿是用于懸架和其它相關(guān)系統(tǒng)利的構(gòu)件。通過扭桿的扭轉(zhuǎn)變形達(dá)到緩沖作用來維持平穩(wěn)性。當(dāng)用于如汽車懸架系統(tǒng)等承受重復(fù)交變載荷的部件，拋丸/噴丸強(qiáng)化能實(shí)現(xiàn)零件輕量化且服役壽命更長。
汽車扭桿 - 汽車工業(yè)為輕量化目的，使用的是空心扭桿。拋丸/噴丸強(qiáng)化施用在載荷應(yīng)力最集中的扭桿外圈。對于重型車輛（如重載卡車、賽車等），裂紋還會發(fā)生在扭桿內(nèi)圈，這里也受到扭力載荷作用。
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