基于微电阻测试技术的曲轴疲劳损伤表征研究

摘要

2008年，中国汽车的产销量约1000万辆，成为继美国之后的第二大汽车产销大国，与此同时，年报废汽车量已达保有量的6％。再制造技术是解决报废汽车难题的最好方法之一，但再制造前退役零部件的剩余疲劳寿命是影响再制造产品可靠性的关键因素。因此，研究典型汽车零部件疲劳损伤规律，用于指导剩余疲劳寿命评估是当前的一项紧迫任务。 本论文以汽车发动机典型零件曲轴为研究对象，采用微电阻测试技术，以微电阻为参量全程表征曲轴的疲劳损伤过程，从而获得曲轴疲劳损伤的微电阻变化规律。 首先，以48Mn钢标准试件为研究对象，开展旋转弯曲疲劳损伤微电阻表征实验，并与推导的金属疲劳损伤电阻模型作比较。结果表明：实测数据与理论模型有较好的一致性，损伤开始至宏观裂纹萌生阶段吻合得较好，宏观裂纹萌生点相差较大，之后，两者趋向一致，达到无穷大。同时，也验证了微电阻表征疲劳损伤的可行性。 其次，为了开展曲轴的疲劳损伤试验，开发了基于虚拟仪器技术的曲轴弯曲疲劳损伤试验系统，实现了模拟正弦信号输出，振动信号实时采集，自动扫描系统共振频率，“恒载荷”调节，曲轴失效自动诊断，输出与采集数据信号的实时显示与保存，微电阻测试等功能。 最后，开展了曲轴单拐的全程疲劳损伤微电阻表征试验。结果表明：在整个疲劳寿命内，微电阻值随着循环次数的增加而增大，载荷越大，微电阻增大速度越快。对于2500NM载荷下的单拐而言，从试验开始到宏观裂纹萌生前阶段（占整个寿命的70～80％），微电阻值增加缓慢，在宏观裂纹萌生时微电阻值有较大的变化，此后微电阻值变化加快直到曲轴失效。整个微电阻变化值约占原电阻的20％～30％。此外，探讨了曲轴疲劳损伤的微电阻表征模型并建立了函数表达式。 本文通过曲轴疲劳损伤全程微电阻表征实验，得到了曲轴疲劳损伤的微电阻变化规律和表征模型，开辟了曲轴疲劳损伤表征新方法，为指导退役曲轴剩余寿命评估提供了依据。