连杆用20CrMnTi钢根据疲劳S-N曲线进行安全性设计的探讨刘宇希;郑程【摘要】在某早期疲劳断裂失效的20CrMnTi钢连杆上取样,采用升降法和成组法对其进行旋转弯曲疲劳试验,获取0.1％失效概率、95％置信度下的S-N曲线,据此合理地设计其安全服役应力.结果表明:根据在0.1％失效概率、95％置信度下的S-N曲线函数可以获得该连杆在疲劳寿命达到2×106循环周次设计要求下的最大交变载荷应控制在229 MPa以下,以确保连杆在使用寿命内不发生疲劳失效.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2015(051)006【总页数】5页(P402-405,409)【关键词】旋转弯曲疲劳;升降法;成组法;疲劳强度;S-N曲线;变异系数【作者】刘宇希;郑程【作者单位】上海材料研究所,上海200437;上海材料研究所,上海200437【正文语种】中文【中图分类】TG142.41;TG115.520CrMnTi钢淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧度，焊接性中等，正火后可切削性良好；常用于制造承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴和滑动轴承的主轴、十字头、爪形离合器、连杆、蜗杆等。
某材料为20CrMnTi钢的连杆在低于屈服强度的交变载荷下服役，在未达到其使用寿命的情况下过早地发生了断裂失效。
连杆在交变载荷下的失效形式主要是疲劳断裂，因此模拟其实际服役工况下的交变载荷旋转弯曲疲劳试验，获得其S－N 曲线和疲劳强度，可以为该类渗碳钢零件的失效分析、零件的选材以及服役应力的选取等提供依据和参考。
1 试样制备与试验方法1.1 试样制备按照GB／T 4337－2008《金属材料疲劳试验旋转弯曲方法》［1］对试样的要求选用φ7.5mm的光滑漏斗型试样，如图1所示，并在磨削阶段采用五轴联动机床沿着试样轴线去除了所有环向痕迹，在20倍光学显微镜下检查其表面质量均合格。
图4-1 活塞组合 1—活塞 2—活塞销 3—挡圈 4—气环 5—油环 4 曲柄连杆机构的受力分析4.1 曲柄连杆机构的组成摩托车发动机的曲柄连杆机构由活塞、活塞环、活塞销、连杆、大小头轴承、曲轴等组成。
4.1.1 活塞组合活塞组合由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈等组成，见图4-1。
它的功能是：1）承受气缸中可燃混合气燃烧产生的压力，并将作用力通过活塞销传给连杆，带动曲轴旋转。
2）活塞顶部与气缸盖组成燃烧室。
3）通过安装在其上的活塞环，保证气缸的密封性。
4.1.1.1 四行程发动机活塞四行程发动机活塞的顶面呈平面形，且对应于进、排气门之处加工有凹坑，以避免在运动中与进、排气门相干涉，在顶面有“IN ”标记表示进气侧，保证活塞安装时的方向。
在活塞槽部通常设有两道气环、一道油环。
在油环槽周围，设置有许多回油小孔，安装油环后，能刮去缸壁上多余的润滑油（见图4-2）。
有些活塞在油环槽下再加工一个较浅的环形槽，其上也加工回油小孔。
四行程发动机活塞所有环槽上都无需有定位销孔，原因是四行程发动机的气缸上无气口，活塞环运动时不会产生干涉现象。
为适应活塞在高温、高压、高速条件下工作，活塞通常多采用质量轻、导热性好的高铝合金来制造。
有些活塞表面还进行镀锡处理，以提高其磨合性。
4.1.1.2 活塞环 四行程活塞裙部较短，并无需做有缺口，因四行程发动机的进、排气道没有气缸盖上。
但有时为避免与曲轴相撞，并为增加裙部弹性及减小活塞质量，在受力不图4-2 四行程汽油机的活塞1—气门坑 2—回油孔 3—裙部缺口大的沿销孔方向两侧，从底部各开一个浅而长的圆弧形缺口。
活塞环的功能是：1）密封气缸与活塞间的间隙，防止漏气。
2）刮去气缸壁上多余的机油。
3）把活塞的热量传递给气缸体散发。
活塞环应具有良好的密封性，在高温、高压、和高速的工况下，具有良好的弹度、弹性和耐磨性；此外，并应有良好的磨合性与加工性。
为适应这些要求，活塞环的材料多选用合金铸铁。
