QC T 637-2000 汽车发动机曲轴弯曲疲劳强度试验方法.pdf

1、QC /T 637 2000 前原材L陆工业部卡J;ifl:JB 3258一1983汽车发动机曲轴弯曲疲劳台架试验方法己于1998年3月12H 111”LtiU：业邱通知废除。尔切i准与原m3:z5s -19s3标准的主要区别在于：I ）统丰规定恬环基数N10;2）要求Li验机柏度提高到优于士3%;：） ）目jj二存活率F的承载能力来表达出铀的可靠性取消“安全系数”应该：；？1.3的规定：11)用数现统计方法处理疲劳试验数据；）规定了试验结果的置信度和相对误差。附录八、附录B相附录C都是标准的附录。本标准出国家机械工业局提出。牛；际ift:山全国汽车标iWf七技术委员会归口。卒标准起草单位：东

2、风汽车公司工艺研究所。水标准t要起草人：徐家炽中华人民共和国汽车行业标准QC/T 637 2000 汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法1 范围:4二标准规定了汽车发动机曲轴曲拐试样的台架疲劳试验方法、数据处理方法和l试验柏）主要求。本标准适用于下列情形：曲轴疲劳强度评估试验、新设计、变更工艺、变更材料、货源鉴定、产品质量抽检及其它认为可能引起疲劳强度显著变化等情况。2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 10623 1989 金属力学性能试验术语3 符号、

3、术语及定义：本标准中采用的符号、术in及其定义见表1；疲劳试验有关术语见（出T1062:1。表1符号、术语及其定义符号术话！单定义一4飞循环瞅次测定疲劳强度ll才人为规定的一个载荷循环次数界限。iJ.：样超过i亥界限LiilI1l二以验I商用疲劳通常规定N1(1 l!, 疲劳寿命次通过i式验确定的个说：样至疲劳失效时所经受的规定交变载荷次数疲劳强度Nm 从载荷一一寿命lit!线上所确定的恰好在N次循环时失效的个我衍估计倍。我芮用弯F. 矩表示i 疲劳极限在指定循环基数下母体的中他疲劳承载能力亦即IT:体的50%1!经受规定的循环基Nm 儿1l 数而不产生裂纹或断裂的一个载荷估计值孔，（i=l

4、试验载荷子样总数为，2的一组试验中第2次独立试验所使用的交变载芮幅。i:r；验载荷）日弯知去N rn 、2II)刀王对子数目在升降法杭1守两级i式验载i奇下出现相反试验结果（通过和11；）运效）的二个独立民%ttliJ&1 “一对飞所有这些对的总数称为对子数目平均试验71-i海法相邻两级载荷的平均值。设第i次试验载荷为s,.第，十1次试验为S，1,）lj S . s . N m = (S飞，卡S,+,)/2M, 名义T1:1lJJ:ll.Nm 投附录A规定方法计算得到的lib勃hT作时承受弯矩的个理论估计的国家机械工业局2000-01”19批准2000-07-01实施QC/T 637-2000

5、 4 抽样4. 1 试样应是经由稳定工艺生产的同一批工业产品，数量不少于30根并经质量检验确认符合产品阁样、工艺及材料规定，从中随机抽样。4. 2 民样数量应能保证试验精度满足本标准6.4. 4.3 由曲轴上截取试样的方法，应保证能获得曲轴中疲劳强度最薄弱的部位，并用简图形式作出规定，在以后同类试验中保持不变。4.4 试验开始前，试样应统一编号。试验顺序应按编号随机化处理后进行。5 试验装置5. 1 疲劳试验装置应通过国家计量器具的型式批准p试验频率及载荷应保证不会导致试样危险截丽产生局部发热，频率应控制在20Hz200 Hz范围内5.2试验采用夹具上某一定点的加速度值作为载荷控制参数，因为这

6、样引起的载荷系统误差最小一般采用加速度传感器，也可选用位移或应变传感器在实际工作中允许通过调节中间放大环节使传感器的电压输出量直接表示成为载荷值（称为归一化处理）。5. 3试验系统采用静标动测法通过试样上的应变值作为中间量对试验载荷进行检定。试验力矩lj值的相对误差不应大于士3%，示值的重复性相对误差不应大于3%。计算公式如下：q= c e,-e:;.) /e;.J 100% . ( 1) b仗，川一，n1in)/e,J100%. (2) 式中：q一一装置试验力矩示值相对误差；b一一装置试验力矩重复性相对误差52川一一一静标定力短对应的应变值；，一一装置动态力矩示值与静标定力矩相等时，在试样上

7、动态应变峰值三次读数的平均1日I;川一同一组动态应变峰值读数中的最大值；，nun一同一组动态应变峰值读数中的最小值力值检定应使用量程适当的三等标准测力仪。应变测量应使用准确度为1%的电阻应变仪或应变放火器。力臂长度测量精度应优于0.1%。5. 4 当对系统检定结果产生疑问时，可根据力学惯性原理，计算在一定弯矩下夹具上某点的加速度值来进行复核，但这时所用的传感器应事先进行检定确保所得加速度值误差不大于士3%。5. 5 系统应至少每年检定一次，对传感器的归一化值进行修正并作好记录。所用测试仪表需有计量部门定期检验合格证明根据工作需要，系统也可以在每进行一组试验之前检定一次。6试验方法6-l试验循环

8、基数取IO，并在试验报告中注明。6-2 判据6. 2. 1 承载能力：曲轴疲劳承载能力以弯矩为判据，但不排除各企业可以采用其它指标（例如：力、应力作为自己的内控判据。6-2-2 试样Jf：裂：试样产生疲劳裂纹的特征是系统共振频率下降规定下降量为开始试验时频率的1%作为试样开裂的判据如果是委托试验，双方也可以经过协商另行规定，但这时的开裂判据应在试验报告中应明。6- 3 试验程序曲拐试样S-N曲线的测定是曲轴承载能力评估的基础，可由成组法和升降法两部分试验组成。成组i2 QC/T 637-2000 法取三个组，分别获得三个载荷水平下具有50%存活率的对数中值寿命E升降法则用以获取具有50%存活率

9、的条件疲劳极限。用上述4个点组成5-N曲线然后按三参数事函数的形式拟合获得具有50%存活率的S-N曲线，并且根据各点的标准差推算出不同失效概率的P-S-N曲线。具体步骤如下：6. 3.1 成组试验法用成组怯评估曲轴在过载时的疲劳强度。在一个较高的载荷下用一组不少于8个的试样，测定它们对数疲劳寿命N，的平均值和标准差，就构成了成组法的试验结果，其精度应满足6.4. 成组试验法三组载荷水平的选择应使曲拐断裂的循环次数分别在下列范围内：S,=(O. 8 5. 2) 105 s s. 2 8.0) 105 S3= (0. 8 5.2) 106 也可以将试验结果在正态榄率纸上撞验在该载荷下的失效概率一对

10、数寿命关系是否符合对数IE态分布（检验各点是否在一直线上。在满足所要求的最小相关系数的情况下，计算中值对数寿命和标准差并通过检验变异系数确定是否已经满足本标准中6.4.最后画出失效概率一一对数寿命圈，见图10失效E事PYos S: s、92 50 8 对徽”命l1N图1三组不同载荷下失效橄率与对数疲劳寿命之间的关系6. 3. 2.升降法用升降法测定曲拐的AL，确定曲轴的疲劳极限M，首批试样数量不得小于18个，试验前应对全部试样编号并随机化处理，以保证获得六对有放数据弯矩增量M一般在预计疲劳极限的5，%以内，试验可在三至五级弯矩水平下进行。应使第一根试样的民验弯矩水平略高于预计的M，。根据上一根

11、试样的试验结果（失效或通过，决定下一根试样的试验水平（降低或升高L直至完成全部试验。对第一次出现相反结果（失效和通过：通过和失效以前的数据，直II在以后的试验数据波动范围之外，则予以舍弃d日在上述披动范围之内，则作为有效数据加以利用，即在试验过程中陆续将它们平移到第对相反结果之后，作为该试样所在弯矩水平下的第一个有效数据。所用计算公式如下：承载弯矩疲劳极限：J.L,=2.:S.;)/n . ( 3) 式中：S.,=(S，十Si+I)/2 3，、S；.，分别是出现相反结果的相邻两级试验载荷，i=l.2”II一一有效数据的对子数目QC/T 637 2000 子样标准差：三（5,;M I )2 S”

12、，斗；1”. . . . . ( t) 变异系数参！哥附录B确定是否满足6.40变异系数=S，一，Mi . (5) 6. 3. 3 无限寿命疲劳极限估算、S-N曲线及P-S-N曲线的拟合将不同载荷下用成组法求得的结果与升降法测得的疲劳极限结合在一起，就组成了这种型号lltl铀的S-N 曲线，并且将成为今后迸行统计推断的依据。按三参数幕函数拟合S-N曲线：S=CU I，） 式中：3载荷N一寿命A、“一一待定常数C一一无限寿命下的疲劳极限（存活率P=50%置信度Y=95%)拟和l的方法见附录C。6. 4 试验精度要求试验最小的子样由六对（升降法）或八个（成组法）试样构成，试验结果应满足置信应注95

13、;1;1.相对误差王5%的要求。如果精度不能满足，应加大子样直至满足要求为止（参见附录B）。6. 5 试验结果的分析和说明6. 5. 1 比较若试验结果符合6.4有关试验精度的规定，可将结果直接与已有数据或己有的PS-N l曲线相比较以确定这批试样的优劣。6. 5. 2 不同在活率F的疲劳极限因为试验？吁全I的疲劳极限是存活率50%的中位值，所以有时需要对不同存活率的疲劳极限进行f占iv：，存活率为户的疲劳极限值可按下式计算：M ,(P)i)=M ,-a K S,. I（门式中：S,.I 对li.MI的标准差ll一一对应概率为P的单侧正态分布分位值K一一与有效数据的对子数目有关的修正系数安全疲

14、劳极限的估算精度，可参照附录B计算。（7)式中的K值可由表B2根据，I值查出。5. 5.3 安全系数安全系数本身是个不能被唯一确定的随机值，而且它与1r要求曲轴的存活率有关所以本标准不采川安全系数作为评价曲前11安全性的指标。但如果仍然希望沿用这一概念表述曲轴的叮靠性应按（8）式计算存活率为99,9%时的安全系数。=!vi一i(99. 9%)/!vL，（川式I札川一一存活率为99.9%的安全系数M ,(99.9纠）一一一由（7）计算得的疲劳极限M，一一由附录人计算得的名义工作弯矩在所有的试验报告中，安全系数应明确标示出对应的存活率。每一种型号的国i铀川I值应由各生产企业在承担风险与投资额度之间

15、作出合理的抉择。6. 6 强化检验本际71:适rnm:田中规定的产品质量拙检，也可以不用升降法测定样品的疲劳极限而代之以HJ成组法在个较荫的载荷F测定JlXJ-数平均疲劳寿命lgNi;若测得的lgN，值太于或等于事前用合格产品iY!1J甜的东j数平均寿命lgN，且其标准差小子等于合格产品在同一试验载荷下的标准差，则该批产品可认为合格予QC/T 637-2000 以验收。强化检验中的试样不得少于8个，所选试验载荷应使试样寿命在510510G范围建议试验载荷选用本标准6.3. 1中的成组试验法中最低的一个载荷。试验精度应符合本标准中6.4。强化检验也可以通过作图法进行，具体方法是：将某一载荷F成组

16、法的试验结果按寿命由小至大排列，序号Ill=12，8，川并按小子样计算其失效概率只。P,=3 1/3,+1 (9) 式中：，1子样大小，应大于或等于8。不同的P；值与之对应的对数疲劳寿命N；组成正态概率坐标上的一个点，如果各点的联线在P一lgN图上位于同一载荷下试样许用界限的右侧，则该批产品可认为合格。许用界限由合格试样在同载荷下测定。7试验报告i式验报告应包括以F内容：a）试验日期（自日起至日结束）。l讨试验目的。c）试件说明（曲轴零件号，材料，工艺，表面状态，硬度，金相组织等。cl）取样部件（附简图）。e）夹具型号，力学常数。f)疲劳失效判据（频率下降限度或其它）0 g）升降法及或成组试验

17、法的数据记录。h）升降图及或成组试验法的分析结果，并附有关于试验精度的计算说明。必须注明循环基数。i）强度评估结论。8 原始记录一组独立民验完成后，其原始记录应随同一份报告存档备查。原始记录内容应包括：试验日期、操作者，激振频率，试验弯矩，试样寿命及其它必要的情况说明。若系统在本次试验前进行了新的检定则应同时附带检定记录。J QC/T 637-2000 附景A（标准的附录曲轴名义工作弯矩计算A1 曲轴名义工作弯矩计算方法由图Al计算曲轴名义工作弯矩如下：M-1=K R G =trD2LiKGP/4L . (Ill) 式中z名义弯短M-1N m 支承反力R.N曲拐总作用力Pi:=PD2/4,N

18、爆发压力P,kPa 气缸直径D,cm 支承反力臂长G=(H+Lz)/2,m （对于某些曲轴，两相邻主轴颈宽度可能不同，分别为Lz1及Lz2，计算G时，Lz取Lzi及Lz2两者中的较大值，使计算得的M，较大。6 曲辆臂厚度H,m主轴颈宽度Lz,m 相邻两主轴颈中心距离L=L-1.1/2+2H十L1+Lz2/2,m 连杆轴颈宽度L1,m 曲拐中心至主轴颈中心距离Li=L;/2十H+Lz/2,m （计算Li时，Lz取Lz1及Lz2两者中的较小值支承系数kz全支承K取o.75；非金支承K取o.85；攘动轴承K取0.90.图Al曲轴名义工作弯矩计算图QC/T 637-2000 附景B（标准的附录）安全擅

19、劳极限的计算B1 用升降法分析求得的“极限”，都是母体中值估计量；即存活率50%，它的精度或在一定精度与误差允许范围下所需的最少子样数，t，可由它的变异系数大小来判定适用于升降法的数据列于表剖，其中”是有效子样的对子数目。表Bl子样大小与变异系数的关系是少子样（n)变异系数最大值S. 1/M 1 最少子样（11)变异系数最大值s.1/lvl l 3 0.0201 10 0.0699 4 o. 0314 11 0.0744 5 0.0402 12 0.0786 6 0.0476 13 0.0811 7 0.0540 14 o.0866 8 o. 0597 15 o.0902 9 0.0650 注

20、：置信度二95% 相对误差5%由M，估算其它的存活率，例如99.9%，如果是正态分布，则应减去3.09倍的孔，.同时考虑到子样大小，F不是无限大值，因而s.，还要再乘以一个大于1的修正值K.K值可以通过表B2查得。表B2标准差修正系数K值II 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 k 1.063 1.051 1. 042 1. 036 1. 031 1.028 1. 025 1. 023 1. 021 1. 020 , 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 k 1. 018 1.017 1.016 1.015 1. 014 1. 014 1.009 1. 00

21、6 1.oos 1. 005 一般情况下变异系数应满足下列条件t8 S._,/M，.他式中：8一一相对误差；”一子样大小；t,./ (1/11+1.Z(KZ一1)-bupKt,. 一t分布值取决于置信度及自由度，一I;呼一一正态分布的百分位值，与存活率有关；K一一标准差修正系数由他1)式可见，变异系数的界限，除与误差百分数、置信度及子样大小有关外，还向所要求的存活率有关。估汁的存活率越高要求的子样就越大表B3列出了置信度90%、相对误差限度10%时为了估计99. 9%存活率所需的最低限度试样量7 QC/T 637-2000 表B3子样大小与变异系数的关系最少子样（II)变异系数最大值s.JM

22、I 最少子样（11变异系数最大值s,/MI 5 o. 0346 13 0.0644 6 0.0400 14 o. 0661 7 o. 0449 15 。.0691 8 0.0490 16 。.0710 9 0.0530 17 0.0729 10 0.0560 18 0.0749 11 o. 0592 19 o. 0771 12 o. 0617 20 0.0775 注：置信度90%；存活率99.9%；相对误差限度10%。附录C（标准的附录）S-N曲线及P-S-N曲线的拟合方法C1 拟合方法将公式（6）变换为式中：令Y=algN-lgA CC) Y=-lgCS/C-1) （丁2)X=lgN (C3

23、) b一lgA . CC4) 则公式Cl为：Y=aX+b CC5) 先设定一个必然小于条件疲劳极限M，的C值，将该C值代人公式（CZ），求得对应成组法和升降法4级载荷S的Y值及与之对应公式CC3）的X值，根据最小二乘法求出公式CC5）的斜率趴截距b及相关系数。通过不断的设定、试算，找出能使公式CC5）的线性相关系数达到最大的C。这时的C值即为无限寿命下具有50%的存活率、置信度为95%的疲劳极限值。同时，确定了这时的A和“。据公式（6）得到描述fth轴疲劳性能的S-N曲线。P-S-N曲线的拟合与S-N曲线相同，例如当要求存活率P=99.9%U才Y;1.=-lgCS/C-l) X；无3.09玩，a；为寿命标准差i户2-3, 095川；S,.-1为条件疲劳极限的标准差，只要设定一个Ci值就能用最小二乘法求得当线性相关系数Y最大时的Ap和ap；这时的P-S-N曲线方程为：Sp=C1,(l十Ap/N户）（C6)C UJ为具有99.9%存活率、置信度为95%无限寿命下的疲劳极限。8