QC T 637-2000汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸彎曲疲勞試驗(yàn)方法

1、QC/T 637-2000（2000-01-19發(fā)布，2000=07-01實(shí)施）     原機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)，JB 3258-1983汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸彎曲疲勞臺(tái)架試驗(yàn)方法己于1998年3月12日由機(jī)械工業(yè)部通知廢除。    本標(biāo)準(zhǔn)與原JB3258-1983標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別在于：    1）統(tǒng)一規(guī)定循環(huán)基數(shù)N0=107；    2）要求試驗(yàn)機(jī)精度提高到優(yōu)于±3；    3）用一定存活率下的承載能力來表達(dá)曲軸的可靠性，取消“安全系數(shù)”應(yīng)該1.3的規(guī)定

2、；    4）用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)；    5）規(guī)定了試驗(yàn)結(jié)果的置信度和相對(duì)誤差。   附錄A、附錄B和附錄C都是標(biāo)準(zhǔn)的附錄。    本標(biāo)準(zhǔn)由國家機(jī)械工業(yè)局提出。    本標(biāo)準(zhǔn)由全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。    本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：東風(fēng)汽車公司工藝研究所。    本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人，徐家熾         &#

3、160;   中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)      汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸彎曲疲勞試驗(yàn)方法               QC/T 637-20001  范圍    本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲拐試樣的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)力法、數(shù)據(jù)處理方法和試驗(yàn)精度要求。    本標(biāo)準(zhǔn)適用于下列情形：曲軸疲勞強(qiáng)度評(píng)估試驗(yàn)、新設(shè)計(jì)、變更工藝、變更材料、貨源鑒定、產(chǎn)

4、品質(zhì)量抽檢及其它認(rèn)為可能引起疲勞強(qiáng)度顯著變化等情況。2  引用標(biāo)準(zhǔn)    下列標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)所示版本均為有效，所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。    GB/T 10623-1989  金屬力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語3  符號(hào)、術(shù)語及定義    本標(biāo)準(zhǔn)中采用的符號(hào)、術(shù)語及其定義見表1；疲勞試驗(yàn)有關(guān)術(shù)語見GB/T 10623。表1  符號(hào)、術(shù)語及其定義符號(hào)術(shù)語單位定 義N0循環(huán)基數(shù)次測定

5、疲勞強(qiáng)度時(shí).人為規(guī)定的一個(gè)載荷循環(huán)次數(shù)界限。試樣超過該界限即中止試驗(yàn)。對(duì)高周疲勞通常規(guī)定 N0=107Nt疲勞壽命次通過試驗(yàn)確定的一個(gè)試樣至疲勞失效時(shí)所經(jīng)受的規(guī)定交變載荷次數(shù)Fs疲勞強(qiáng)度N·m從載荷壽命曲線上所確定的恰好在N次循環(huán)時(shí)失效的一個(gè)載荷估計(jì)值。載荷用彎矩表示1M-1疲勞極限N·m在指定循環(huán)基數(shù)下，母體的中值疲勞承載能力，亦即母體的50能經(jīng)受規(guī)定的循環(huán)基數(shù)而不產(chǎn)生裂紋或斷裂的一個(gè)載荷估計(jì)值Sti(i=1、2n)試驗(yàn)載荷N·m子樣總數(shù)為n的一組試驗(yàn)中，第i次獨(dú)立試驗(yàn)所使用的交變載荷幅。試驗(yàn)載荷用彎矩表示n對(duì)子數(shù)目在升降法相鄰兩級(jí)試驗(yàn)載荷下，出現(xiàn)相反試驗(yàn)結(jié)果（

6、通過和失效）的二個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)組成“一對(duì)”。所有這些對(duì)的總數(shù)，稱為對(duì)子數(shù)目Sri平均試驗(yàn)N·m升降法相鄰兩級(jí)載荷的平均值。設(shè)第i次試驗(yàn)載荷為Sti，第i+1次試驗(yàn)為Sti+1，則Sri=（Sti+Sti+1）/2M-1名義工作彎矩N·m按附錄A規(guī)定方法，計(jì)算得到的曲軸工作時(shí)承受彎炬的一個(gè)理論估計(jì)值4  抽樣4.1  試樣應(yīng)是經(jīng)穩(wěn)定工藝生產(chǎn)的同一批工業(yè)產(chǎn)品，數(shù)量不少于30根并經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)確認(rèn)符合產(chǎn)品圖樣、工藝及材料規(guī)定，從中隨機(jī)抽樣。4.2  試樣數(shù)量應(yīng)能保證試驗(yàn)精度滿足本標(biāo)準(zhǔn)6.4。4.3   由曲軸上截取試樣的方法，應(yīng)保證能獲得曲軸中疲勞

7、強(qiáng)度最薄弱的部位，并用簡圖形式作出規(guī)定，在以后同類試嚴(yán)重保持不變。4.4   試驗(yàn)開始前，試樣應(yīng)統(tǒng)一編號(hào)。試驗(yàn)順序應(yīng)按編號(hào)隨機(jī)化處現(xiàn)后進(jìn)行。5  試驗(yàn)裝置5.1   疲勞試驗(yàn)裝置應(yīng)通過國家計(jì)量器具的型式批準(zhǔn)，試驗(yàn)頻率及載荷應(yīng)保證不會(huì)導(dǎo)致試樣危險(xiǎn)截面產(chǎn)生局部發(fā)熱，頻率應(yīng)控制在20 Hz200 Hz范圍內(nèi)。5.2   試驗(yàn)采用夾具上某一定點(diǎn)的加速度值作為力載荷控制參數(shù)，因?yàn)檫@樣引起的載荷系統(tǒng)誤差最小。一般采用加速度傳感器，也可選用位移或應(yīng)變傳感器。在實(shí)際工作中允許通過調(diào)節(jié)中間放大環(huán)節(jié)使傳感器的電壓輸出量直接表示成為載荷值（稱為歸一化處理）。5.3  

8、; 試驗(yàn)系統(tǒng)采用靜標(biāo)動(dòng)測法通過試樣上的應(yīng)變值作為中間量對(duì)試驗(yàn)載荷進(jìn)行檢定。試驗(yàn)力矩示值得相對(duì)誤差不應(yīng)大于±3，示值的重復(fù)性相對(duì)誤差不應(yīng)大于3。計(jì)算公式如下：    力值檢定應(yīng)使用量程適當(dāng)?shù)娜葮?biāo)準(zhǔn)測力儀。應(yīng)變測量應(yīng)使用準(zhǔn)確度為1的電阻應(yīng)變儀或應(yīng)變放大器。力臂長度測量精度應(yīng)優(yōu)于0.1。5.4   當(dāng)對(duì)系統(tǒng)檢定結(jié)果產(chǎn)生疑問時(shí)，可根據(jù)力學(xué)慣性原理，計(jì)算在一定彎矩下夾具上某點(diǎn)的加速度值來進(jìn)行復(fù)核，但這時(shí)所用的傳感器應(yīng)事先進(jìn)行檢定，確保所得加速度值誤差不大于±3。5.5   系統(tǒng)應(yīng)至少每年檢定一次，對(duì)傳感器歸一化值進(jìn)行修正并作好記錄。

9、所用測試儀表需有計(jì)量部門定期檢驗(yàn)合格證明。根據(jù)工作需要，系統(tǒng)也可以在每進(jìn)行一組試驗(yàn)之前檢定一次。6  試驗(yàn)方法6.1  試驗(yàn)循環(huán)基數(shù)取107，并在試驗(yàn)報(bào)告中注明。6.2  判據(jù)   承載能力：曲軸疲勞承載能力以彎矩為判據(jù)，但不排除各企業(yè)可以采用其它指標(biāo)（例如：力、應(yīng)力）作為自己的內(nèi)控判據(jù)。   試樣開裂：試樣產(chǎn)生疲勞裂紋的特征是系統(tǒng)共振頻率下降，規(guī)定下降量為開始試驗(yàn)時(shí)頻率的1作為試樣開裂的判據(jù)。如果委托試驗(yàn)，雙方也可以經(jīng)過協(xié)商量另定規(guī)定，但這時(shí)的開裂判據(jù)應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明。6.3  試驗(yàn)程序    曲拐試

10、樣SN曲線的測定是曲軸承載能力評(píng)估的基礎(chǔ)，可由成組法和升降法兩部分試驗(yàn)組成。成組法取三個(gè)組，分別獲得三個(gè)載荷水平下具有50存活率的對(duì)數(shù)中值壽命；升降法則用以獲取具有50存活率的條件疲勞極限。    用上述4個(gè)點(diǎn)組成SN曲線，然后按三參數(shù)冪函數(shù)的形式擬合獲得具有50存活率的SN曲線，并且根據(jù)各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差推算出不同失效概率的PSN曲線。具體步驟如下：  成組試驗(yàn)法    用成組法評(píng)估曲軸在過載時(shí)的疲勞強(qiáng)度。在一個(gè)較高的載荷下，用一組不少于8個(gè)的試樣，測定它們對(duì)數(shù)疲勞壽命Nt的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，就構(gòu)成了成組法的試驗(yàn)結(jié)果，其精度滿足6

11、.4。    成組試驗(yàn)法三組載荷水平的選擇應(yīng)使曲拐斷裂的循環(huán)次數(shù)分別在下列范圍內(nèi)：                           S1=(0.85.2）×105           &

12、#160;               S2=(5.28.0）×105                           S3=(0.85.2）×106  &

13、#160; 也可以將試驗(yàn)結(jié)果在正態(tài)概率紙上檢驗(yàn)在該載荷下的失效概率對(duì)數(shù)壽命關(guān)系是否符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布（檢驗(yàn)各點(diǎn)是否在一直線上）。在滿足所要求的最小相關(guān)系數(shù)的情況下，計(jì)算中值對(duì)數(shù)壽命和標(biāo)準(zhǔn)差，并通過檢驗(yàn)變異系數(shù)確定是否已經(jīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)中6.4，最后畫出失效溉率對(duì)數(shù)壽命圖，見圖1。  升降法    用升降法測定曲拐的M-1確定曲軸的疲勞極限M-1，首批試樣數(shù)量不得小于18個(gè)，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)全部試樣編號(hào)并隨機(jī)化處理，以保證獲得六對(duì)有效數(shù)據(jù)。    彎矩增量M一般在預(yù)計(jì)疲勞極限的5以內(nèi)，試驗(yàn)可在三至五級(jí)彎矩水平下進(jìn)行。應(yīng)使第一根試樣的試驗(yàn)彎

14、矩水平略高于預(yù)計(jì)M-1。根據(jù)上一根試樣的試驗(yàn)結(jié)果（失效或通過），決定下一根試樣的試驗(yàn)水平個(gè)（降低或升高），直至完成全部試驗(yàn)。對(duì)第一次出現(xiàn)相反結(jié)果（失效和通過；通過和失效）以前的數(shù)據(jù)，如在以后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍之外，則予以舍棄；如在上述波動(dòng)范圍之內(nèi)，則作為有效數(shù)據(jù)加以利用，即在試驗(yàn)過程中，陸續(xù)將它們平移到第一對(duì)相反結(jié)果之后，作為該試樣所彎矩水平下的第一個(gè)有效數(shù)據(jù)。    所用計(jì)算公式如下：承載彎矩疲勞極限：  無限壽命疲勞極限估算，SN曲線及PSN曲線的擬合    將不同載荷下用成組法求得的結(jié)果與升降法測得的疲勞極限結(jié)合在一起

15、，就組成了這種型號(hào)曲軸的SN曲線，并且將成為今后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的依據(jù)。按三參數(shù)冪函數(shù)擬合SN曲線：    擬和的方法見附錄C。6.4  試驗(yàn)精度要求    試驗(yàn)最小的子樣由對(duì)（升降法）或八個(gè)（成組法）試樣構(gòu)成，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足置信度95，相對(duì)誤差5的要求。如果精度不能滿足，應(yīng)加大子樣直至滿足要求為止（參見附錄B）。6.5  試驗(yàn)結(jié)果的分析和說明  比較    若試驗(yàn)結(jié)果符合6.4有關(guān)試驗(yàn)精度的規(guī)定，可將結(jié)果直接與已有數(shù)據(jù)或己有的PSN曲線相比較，以確定這批試樣的優(yōu)劣。 

16、 不同存活率下的疲勞極限    因?yàn)樵囼?yàn)得到的疲勞極限是存活率50的中位值，所以有時(shí)需要對(duì)不同存活率的疲勞極限進(jìn)行估算。存活率為P的疲勞極限值可按下式計(jì)算：                    M-1（P）=M-1-a×K×Sn-1（7）    式中：Sn-1對(duì)應(yīng)M-1的標(biāo)準(zhǔn)差    &

17、#160;     a對(duì)應(yīng)概率為P的單側(cè)正態(tài)分布分位值          K與有效數(shù)據(jù)的對(duì)子數(shù)目有關(guān)的修正系數(shù)    安全疲勞極限的估算精度，可參照附錄B計(jì)算。（7）式中的K值可由表B2根據(jù)n值查出。  安全系數(shù)    安全系數(shù)本身是一個(gè)不能被唯一確定的隨機(jī)值，而且它與所要求曲軸的存活率有關(guān)，所以本標(biāo)準(zhǔn)不采用安全系數(shù)作為評(píng)價(jià)曲軸安全性的指標(biāo)。但如果仍然希望沿用這一概念表述曲軸的可靠性，應(yīng)按（8）式

18、計(jì)算存活率為99.9時(shí)的安全系數(shù)。                     n=M-1（99.9）/M-1（8）    式中：n存活率為99.9的安全系數(shù)          M-1（99.9）由（7）計(jì)算得的疲勞極限     &#

19、160;    M-1由附錄A計(jì)算得的名義工作彎矩    在所有的試驗(yàn)報(bào)告中，安全系數(shù)應(yīng)明確標(biāo)示出對(duì)應(yīng)的存活率。每一種型號(hào)的曲軸，n值應(yīng)由各生產(chǎn)企業(yè)在承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)與投資額度之間作出合理的抉擇。6.6  強(qiáng)化檢驗(yàn)   以驗(yàn)收。    強(qiáng)化檢驗(yàn)中的試樣不得少于8個(gè)，所選試驗(yàn)載荷應(yīng)使試樣壽命在5×l055×l06范圍，建議試驗(yàn)載荷選用本標(biāo)準(zhǔn)6.3.1中的成組試驗(yàn)法中最低的一個(gè)載荷。試驗(yàn)精度應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)中6.4。    強(qiáng)化檢驗(yàn)也可以通過

20、作圖法進(jìn)行，具體方法是：將某一載荷下成組法的試驗(yàn)結(jié)果按壽命由小至大排列。序號(hào)m=1，2，8，n；并按小子樣計(jì)算其失效概率Pi。                       Pi=3m-13n+1（9）    式中：n=子樣大小，應(yīng)大于或等于8。    不同的Pi值與之對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)疲勞壽命Ni組成正態(tài)概率坐標(biāo)上的一個(gè)點(diǎn)，如

21、果各點(diǎn)的聯(lián)線在P-1gN圖上位于同一載荷下試樣許用界限的右側(cè)，則該批產(chǎn)品可認(rèn)為合格。許用界限由合格試樣在同一載荷下測定。7  試驗(yàn)報(bào)告    試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：    a）試驗(yàn)日期（自××日起至××日結(jié)束）。    b）試驗(yàn)?zāi)康摹?#160;   c）試件說明（曲軸零件號(hào)，材料，工藝，表面狀態(tài)，硬度，金相組織等）。    d）取樣部件（附簡圖）。    e）夾具型號(hào)，力學(xué)

22、常數(shù)。    f）疲勞失效判據(jù)（頻率下降限度或其它）。    g）升降法及或成組試驗(yàn)法的數(shù)據(jù)記錄。    h）升降圖及或成組試驗(yàn)法的分析結(jié)果，并附有關(guān)于試驗(yàn)精度的計(jì)算說明。必須注明循環(huán)基數(shù)。    i）強(qiáng)度評(píng)估結(jié)論。8  原始記錄    一組獨(dú)立試驗(yàn)完成后，其原始記錄應(yīng)隨同一份報(bào)告存檔備查。原始記錄內(nèi)容應(yīng)包括：試驗(yàn)日期、操作者，激振頻率，試驗(yàn)彎矩，試樣壽命及其它必要的情況說明。若系統(tǒng)在本次試驗(yàn)前進(jìn)行了新的檢定，則應(yīng)同時(shí)附帶檢定記錄。附錄

23、A（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）曲軸名義工作彎矩計(jì)算A1  曲軸名義工作彎矩計(jì)算方法由圖A1計(jì)算曲軸名義工作彎矩如下：                   M-1=K×R×G=D2L1KGP/4L（A1）    式中：名義彎矩M-1，N·m          支承反力R，N&

24、#160;         曲拐總作用力Pg=P×D2/4，N          爆發(fā)壓力P，kPa          氣缸直徑D，cm          支承反力臂長G=（HLz）2，m    （對(duì)于某些曲軸，兩相鄰主軸頸寬度可能不同，分別為Lz1及Lz2，計(jì)算G時(shí)，Lz取Lz1及Lz2兩者中的較大值，使計(jì)算得的M-1較大）。    曲柄臂厚度H，m    主軸頸寬度Lz，m    相鄰兩主軸頸中心距離L=Lz1/2+2H+Li+Lz2/2，m    連桿軸頸寬度Li，m    血拐中心至主軸頸中心距離L1=Li/2+H+Lz/2，m    （計(jì)算L1時(shí)，取Lz1及Lz2兩者中的較小值） &#