一种发动机曲轴单拐扭转疲劳试验装置

技术领域

本发明属于发动机曲轴测试技术领域，具体涉及一种发动机曲轴单拐扭转疲劳试验装置。

背景技术

曲轴部件作为发动机动力输出的主要零件，工作中承受弯、扭、振动等复杂作用力的周期性作用，其结构强度及疲劳可靠性至关重要。特别是曲轴主轴颈与连杆轴颈圆角处应力水平较高，主要是由于曲轴受到缸内爆发压力作用下产生弯曲、扭转所致。其中，在交变载荷作用下曲轴持续输出工作扭矩造成圆角处会出现剪切开裂故障。

产品开发阶段为了检验曲轴结构的扭转疲劳强度，会在计算仿真的基础上进行部件疲劳试验。

曲轴扭转疲劳试验一般分为两种，一种是整机搭载疲劳试验，一种机械部件疲劳试验。前者试验过程繁琐、费用高、风险大、效率低。但曲轴工作环境真实，载荷综合作用明显，可信度高等。后者利用试验机模拟曲轴所承受的工作扭矩并形成交变作用，以一定载荷系数与循环基数为考核目标，根据试验结果判定该曲轴的扭转疲劳强度。

扭转疲劳试验加载方法通常有单拐悬置双主轴径相对扭转方式和整轴扭转方式。上述方法需要专用扭转液压试验机，设备功能及能力要求高，疲劳试验频率低，载荷作用单一，载荷施加失真度高；其中单拐悬臂式方式需要对样件利用专用非标单独过盈装夹，样件制备难度大，成本高。

发明内容

本发明针对曲轴整轴中特定单拐位置进行装夹固定与试验扭矩施加的部件，提供一种发动机曲轴单拐扭转疲劳试验装置，缓解试验过程当中设备刚性触动头强制摆动作用。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种发动机曲轴单拐扭转疲劳试验装置，其特征在于：主要由作动法兰1、柔性作动轴2、连杆轴颈支撑3、主轴颈支撑4、试验曲轴单元5、主轴颈调整瓦6、试验平台7、连杆颈调整瓦8、作动卡盘9组成；曲轴主轴颈支撑4与连杆轴颈支撑3平行布置在试验平台7的T型槽轨道上，主轴颈支撑4与连杆轴颈支撑3孔中心为同一水平面，横向距离为曲轴回转半径，主轴颈支撑4的支撑孔与连杆轴颈支撑3的支撑孔分别设置主轴颈调整瓦6与连杆轴颈调整瓦8，且与各自的底孔呈过盈配合；试验曲轴单元5的一端主轴颈与连杆轴颈为支撑位置，分别设置在主轴颈调整瓦6与连杆轴颈调整瓦8内，试验曲轴单元5的另一端主轴颈为试验载荷的施加端，保持悬置状态，形成悬臂梁承载形式，用于与作动卡盘9连接；作动卡盘9通过柔性作动轴2与作动法兰1连接；柔性作动轴2采用高猛钢材料和螺旋上升均布半圆孔结构。

有益效果：本发明具有以下优点：

1)结构简单，机械强度高，承载稳定，装配方便，调整灵活，适应能力强。

2)通过自带梯形槽轨道结构的试验平台与轴颈支撑座进行组合连接以及轴颈支撑座与调整瓦的过盈配合可以方便、快捷搭载任意缸心距下的曲轴样件，其承载稳定，转动灵活。另外，不同规格厚度调整瓦的更换可以适应不同规格轴颈的曲轴样件，满足一定规格范围内的不同曲轴单元的扭转疲劳试验的需要，其通用性强、试验成本低；

3)适用于不同轴颈不同回转半径曲轴结构的单拐扭转试验的疲劳考核，满足整轴试验样件或者单拐单元的特定位置扭转试验的装夹要求。

4)该装置适用于整轴状态下任意曲轴单拐单元的扭转疲劳试验考核，作用力与反作用力符合实机工作受力关系，载荷施加准确，曲轴单元扭转变形活动自由，扭矩模拟可信度高，考察区域应力形式与实机一致。

5)该装置采用柔性作动轴与试验设备作动器连接，可以自适应试验曲轴单元的扭转变形，并且可以缓解试验过程当中设备刚性触动头强制摆动作用，克服了设备刚性作用的缺点，有利设备执行机构的保护，并适应了曲轴样件对旋转位移的需求。

6)该装置可以利用通用高频试验机作为加载设备，试验方案适应性强，试验频率可大幅提高，试验周期短，工作成本低，无人值守的工作模式，工人劳动强度低。适应于通用高频试验机或电液伺服拉压试验台的试验工作需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的B-B视图；

图3为本发明的A-A视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提出的一种发动机曲轴单拐扭转疲劳试验装置，主要由作动法兰1、柔性作动轴2、连杆轴颈支撑3、主轴颈支撑4、试验曲轴单元5、主轴颈调整瓦6、试验平台7、连杆颈调整瓦8、作动卡盘9及组合螺栓10组成；

根据试验曲轴轴向结构参数要求在试验平台7上沿着T型槽轨道适当位置平行布置曲轴主轴颈支撑4与连杆轴颈支撑3，上述两档支撑为支撑座与轴承盖分体结构，并用高强度螺栓连接，组合加工；主轴颈支撑4与连杆轴颈支撑3孔中心为同一水平面，横向距离为曲轴回转半径，并能根据需要横向调整距离适应不同回转半径的曲轴需要。主轴颈支撑4的支撑孔与连杆轴颈支撑3的支撑孔分别设置主轴颈调整瓦6与连杆轴颈调整瓦8，且与各自的底孔呈过盈配合；调整瓦6、8内孔与试验曲轴单元5的相应轴颈为实机状态下的间隙配合。

试验曲轴单元5的主轴颈和连杆轴颈安装在工装上呈水平状态，一端主轴颈与连杆轴颈为支撑位置，另一端主轴颈作为试验载荷的施加端，保持悬置状态，形成悬臂梁承载形式；连杆轴颈与主轴颈间回转半径结合试验载荷的铅垂作用形成试验状态下的考核扭矩。

试验曲轴单元5的曲轴样件悬置主轴颈与作动卡盘9通过主轴颈调整瓦6形成过盈状态下的刚性连接。夹紧力依靠作动卡盘9上下分体结构的连接螺栓实现。

柔性作动轴2两端的螺柱结构分别与作动卡盘9及作动法兰1的相应螺纹孔进行联接，达到试验设备作动器与试验装置联接的目的。柔性作动轴2为特殊柔性结构的高精密构件，其可以在试验载荷施加，曲轴样件旋转时自适应完成其本身的柔性变形与力的传递，保证试验载荷平稳、曲轴样件微动旋转自如、保护试验设备作动油缸由于侧向力作用而受损。

该装置结构可调一方面表现在随着曲轴轴颈在一定规格范围内的变化，通过更换不同厚度的主轴颈调整瓦6和连杆轴颈调整瓦8加以适应；另一方面主轴颈支撑4和连杆轴颈支撑3的水平位置的调整可以适应不同回转半径曲轴样件的试验需要，从而实现该试验加载装置的通用性。此外，由于发动机缸心距不同造成曲轴曲拐轴向位置的变化，连杆轴颈支撑位置有所不同，则可以通过调整连杆轴颈支撑3、主轴颈支撑4在试验平台7上T型槽方向的相对位置而实现。也可有效满足V型机并列连杆在连杆轴颈上所处不同位置上的支撑作用要求。

试验曲轴单元5旋转变形自适应则由柔性作动轴2的特殊结构来实现，保证随着曲轴的旋转柔性作动轴2在直径方向360度变形，消除对试验曲轴单元5的旋转干扰，有利曲轴样件自然变形。由于柔性作动轴2采用高猛钢材料和螺旋上升均布半圆孔结构设计具有弹性变形能力强，铅垂作用稳定的特点，有利于试验载荷的柔性传递及试验曲轴样件的自由微动旋转。

本发明装置在试验工作中所采用的试验方法为单主轴颈悬置扭转疲劳试验方法，其所施加的试验载荷为在以垂直于回转半径的作用力与其乘积而形成的额定扭矩基础上增加特定安全系数(通常1.6倍以上)考核曲轴单拐扭转疲劳强度；考察区域为试验曲轴单元5结构当中主轴颈圆角、连杆轴颈圆角以及连杆轴颈等处，集中考察其抗扭转能力；

试验曲轴单元5通过试验机高频动态激励在对称方向上最大试验扭矩之间的交变作用达到扭转疲劳考核的目的，其载荷特征系数R<0。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。