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气门疲劳的试验过程及其夹具研制


造车网 http://www.zaoche168.com/ 2009年06月14日

  3、疲劳试验流程

  (1)选择疲劳试验机机型

  试验机负荷参数可按以下两种方法之一考虑:一是试验机产生的最大载荷至少应大于气门的拉断力;二是试验机可产生的最大载荷是气门持久极限的3倍以上。

  试验机产生的负荷频率:与气门的固有频率相同或相近(见后面的实例说明),因在试验过程中气门与外加负荷产生共振,这样试验出的持久极限是该种气门持久极限最小值。

  应力循环形式选择:应尽量接近实际工况,选择正弦波或三角形波。

  (2)疲劳试验的两个主要流程

  气门疲劳强度(持久极限)的测定流程:取同规格、同材质的一组气门,根据已有的资料,对疲劳极限做一粗.略估计,应力增量△σ一般为预计疲劳极限的3%-5%。第一根试样的试验应力水平略高于预计持久极限,如果达到疲劳极限循环数(如107次)不断时,则下一根试样应力升高△σ进行,反之,则降低△σ进行,这样直到完成全部试验。数据处理时,在每一对出现相反结果以前的数据均舍去,把所有邻近出现的相反结果的数据点均配成对子,最后对于不能直接配对的相反结果的数据点也凑成一对,求得这些对子的持久极限平均值。

  建立气门疲劳曲线(S-N曲线)的流程:根据已有的资料,对疲劳极限做一粗略估计,把同规格、同材质的一组气门,用不同的载荷进行疲劳试验,直至气门失效或循环次数达到107次,将载荷值和循环次数记录下来,并把循环次数都转化成以10为底的对数,然后将载荷值(Y坐标值)和对数循环次数(x坐标值)用excel或专用软件按预定的方式拟合生成S-N曲线。对气门疲劳试验来说,至少要有12个数据点才能建立起一条有效的S-N曲线,并且实用的数据点范围为:没有任何数据点低于二百万次循环,至少2个数据点通过一千万次循环。通常试验数据是分散的,故应该采用统计方法或最小基本曲线法处理数据。

  需要说明的是:目前没有普遍公认的疲劳强度(持久极限)的评定方法和S-N曲线的生成方法,这并不是最重要的,最重要的是试验结果的准确性,只要将准确的试验结果采用客户制定的标准的数据处理方法进行处理就可与客户标准进行比较并得出合格与否的结论。

4、实例说明

  客户要求对材质为751与4Cx-l0Si2Mo的焊接气门(其锁夹槽直径为10.8mm)进行疲劳试验,其许用应力分别为:[△σ] 751=1100N/mm2,[σb]4Cr10Si2Mo=880N/mm2.我公司研制了如图2所示的专用气门疲劳试验夹具,并按疲劳试验流程的选型要求,结合实际情况,选择PLG-200C电磁激励共振型高频疲劳试验机作为试验设备。试验机的主要参数、形式为:


  最大静态试验力:±200kN(平均应力)

  最大单向脉动试验力:1200kN

  最大动态试验力(峰值):l00kN(交变应力幅)

  频率范围:80-250Hz

  应力循环形式:正弦波

  该疲劳试验机的工作原理为:当用于产生交变负荷电磁铁的激励信号频率与该系统(由夹具各零件和试样组成)的固有频率相同时,则激发该系统产生共振。试验过程中对交变负荷及平均负荷可自动稳幅控制;当系统的固有频率降低于设置的数值时,试验即自行中断。

  系统(夹具与气门总成)的固有频率产生降低的原因主要是该系统的某个零件(不一定总是试样)内部产生足够大小的疲劳裂纹或宏观断裂,所以在夹具设计和安装连接时要求刚性足够。

  在疲劳试验机上使用该夹具并试验了15支该种气门,试验中频率稳定,振动声响均匀、微小。试验结果见表1,疲劳曲线见图3。


  当然,疲劳试验后还应检查杆部磨损情况、锁夹槽与锁夹的接触面积以及对疲劳裂纹进行金相分析,并形成记录以供参考。

  5、结束语

  气门疲劳试验夹具经过上述试验(使用),证明该夹具完全能达到气门的疲劳试验要求;夹具的设计制造安装需按文中提出的要求执行,以保证试验能顺利进行。文中所述疲劳试验流程仅供参考,各厂家可根据经认可的试验流程和数据处理方法进行操作。

 


 

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