某汽油机曲轴断裂失效原因分析(1)

汽车内燃机曲轴开裂失效分析曾伟传;孟文华;吕新峰;陈旭【摘要】从断口形貌、化学成分、机械性能、金相组织对开裂失效的曲轴进行分析.结果表明:开裂曲轴的基体组织存在魏氏组织且晶粒度粗大,严重损害曲轴的综合机械性能,使材料脆性增加,A类夹杂物分布不均,材料成分偏析严重造成曲轴的各向异性,加剧裂纹的扩展.观察断口发现存在多个疲劳源,扩展区形貌为解理+沿晶形貌,有明显的疲劳辉纹,断裂形式为疲劳断裂.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】5页(P72-76)【关键词】内燃机曲轴;失效分析;疲劳断裂【作者】曾伟传;孟文华;吕新峰;陈旭【作者单位】无锡市产品质量监督检验中心,江苏无锡214000;无锡市产品质量监督检验中心,江苏无锡214000;无锡市产品质量监督检验中心,江苏无锡214000;无锡市产品质量监督检验中心,江苏无锡214000【正文语种】中文【中图分类】U464BF24-03103-1汽车内燃机曲轴，材料为38MnS6锻件。

在使用过程中发现第4连杆颈与第8幅板连接处有裂纹沿连杆颈约半周并扩展至幅板表面，见图1—3。

为此对曲轴分别进行了断口、化学成分、综合机械性能、金相组织分析等，探究曲轴的开裂原因。

裂纹打开后可见断口与曲轴轴线成一定的几何角度，有明显的贝纹花样，为疲劳断裂特征，从贝纹前沿线的指向可以判断整个断裂面有两个疲劳源，且基本沿轴线相互对称。

由疲劳源的损伤严重程度及扩展区面积可见疲劳源A处为第一裂源，整个扩展区占了绝大部分，终断区只占了极小部分，见图4。

在曲轴受弯曲和扭转应力综合作用下，裂纹的扩展与曲轴旋转方向呈一定的角度，在经过连续扩展的同时，裂纹前端的应力也在随之调整，从而造成了断口呈现一个立体的与曲轴轴线呈一定几何角度的状态。

终断区占整个断裂面的极小部分，说明该曲轴是在承载负荷较小的情况下扩展断裂的。

裂纹从萌生到断裂，经历了较长时间。

在疲劳源B旁的滚压圆角底部发现有已经萌生但未经扩展至断裂的细小裂纹，见图5。

Internal Combustion Engine &Parts0引言连杆是发动机高速运动件之一，对发动机的可靠性和耐久性至关重要。

某国六汽油机为了满足低油耗目标，对连杆进用了轻量化设计，并在开发过程中通过了多轮800h 耐久试验。

但是在进行50h 断油转速试验时，发生了连杆断裂，击穿缸体的失效故障。

本文通过一系列分析，寻找问题根源，并提出改进方案。

1背景描述某国六汽油机连杆为了轻量化，采用了近几年锻钢连杆的主流材料-新型高性能中碳钢46MnVS5。

它的综合性能比较好，兼顾高强度和易加工性，其机械性能见表1。

抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率%端面收缩率%1000~1150⩾750⩾8⩾25表1连杆材料机械性能某国六汽油机进行50h断油转速试验，41.5h 出现异响，紧急停机，发现第1缸连杆体从机体进气侧飞出，连杆盖击穿机体排气侧并卡滞在其中。

活塞碎裂，仅剩头部。

连杆失效照片见图1。

图1连杆失效照片目视失效状态：①连杆有四处断裂，分别位于：小头45°方向、左侧杆身跟大头过渡处、左侧大头端螺栓法兰面附近、右侧螺栓靠近涨断面位置；②连杆杆身变形严重，发生弯曲和扭转；③左侧螺栓弯曲，右侧螺栓断裂。

右侧弯曲螺栓和左侧断裂螺栓的残留部分跟螺栓孔的啮合良好，无退牙现象；④连杆大小头孔均无发蓝发黑等过热现象。

2原因分析断口分析是找到零件疲劳失效源头的一个快速有效的方法，通过断口分析可以快速排除零件二次断裂失效位置。

活塞的断口新鲜，为过载断裂，未见明显缺陷，判断活塞应该为受害件。

连杆大小头孔无发蓝发黑等过热现象，说明不是因为衬套或轴瓦烧瓦导致连杆失效。

主要对连杆及螺栓进行断口和材料的检测分析。

2.1连杆断口及材料检测除了断口C 外，其余断口均较为粗糙，为过载断口。

断口C 较为平整，微观显示该断口局部有细小的疲劳裂纹，表明为疲劳断裂。

但由于断口损伤严重，无法对裂纹起始点进行微观观察。

根据断口微观纹路推断，裂纹起源于断口上方区域，然后扩展，方向如图2箭头所示。

曲柄销子断裂原因分析及预防措施摘要：目前采油队经常发生抽油机因为曲柄销断造成翻机事故，严重的造成整机报废。

本文对常用型号的曲柄销从结构、使用情况，抽油机所承受的各种载荷的变化情况等进行分析，并提出相应的预防措施。

关键词：曲柄销断裂预防措施1 曲柄销子结构分析抽油机曲柄销子是抽油机的重要部件，抽油机运转时，曲柄将力矩传递给连杆，是通过曲柄销总成来完成的。

曲柄销总成在整个抽油机零部件中是一个受载较大的关键受力件，如果曲柄销子发生断裂，有可能使整个抽油机报废，造成重大的经济损失。

造成曲柄销子破坏的主要因素有抽油机负荷过大；抽油机不平衡；销子在销孔内磨损，造成旷动；剪刀差超过范围；连杆下头和轴承盒平面不正；销子钢材原有内伤；紧冕型螺母时用力过大；销子退刀槽处直径细，强度不够等。

为此，提出对易发生故障的关键部位实施相应有效的预防措施，同时还要加强工艺监督，保证安装质量，改进工艺措施。

曲柄销子的断裂位置分析如图1，为曲柄销子的示意简图。

采油26队2012年更换了8口井的曲柄销子，其中3只销子为断裂，均是在上图所示部位发生断裂。

出现这种情况的主要原因是因为此处位置直径细，截面形状发生突变，很容易在此处位置发生应力集中。

而且断裂主要发生在负荷重的8型、10型抽油机和销子长时间未进行更换的井上。

2 曲柄销子受力分析抽油机作为抽油设备，是一个四连杆的曲柄摇杆机构（图2）。

电动机将其高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，经中间轴带动输出轴，输出轴带动曲柄1作低速旋转运动，同时曲柄通过曲柄销子将力矩传递给连杆2，经横梁拉着游梁3后臂摆动，游梁前端装有驴头4，活塞以上液柱及抽油杆柱等载荷均通过悬绳器悬挂在驴头上，驴头同游梁一起做上下摆动，带动活塞作上下、垂直的往复运动，将油抽出井筒。

当抽油泵工作时，抽油机的驴头悬点上作用有下列六项载荷：（1）抽油杆柱自重.用p杆表示（它在油中时的重量用表示），作用方向向下。

（2）油管内.柱塞上的油柱重（即柱塞面积减去抽油杆面积上的油柱重）。

抽油机曲柄销轴断裂的故障分析摘要：CYJY14-4.8-73HF/A型抽油机，于1994年2月投产使用，2021年9月22日，该机在运转过程中发生曲柄销断裂事故，造成停机。

抽油机曲柄销在长时间使用过程中，由于曲柄销销轴受到交变应力的作用，造成销轴首先从缺陷部位开始出现裂痕，并逐步扩大，在现场运行过程中无明显的症兆，当裂纹逐渐扩大到一定程度时，发生整体断裂。

从设备管理上剖析反思，对老旧设备重视不够，精细管理还待提高。

关键词：曲柄销；断裂；原因分析；防范措施1故障概况及经过1.1故障设备概况设备为某机械厂生产CYJY14-4.8-73HF/A型抽油机，于1994年2月投产使用，连续运转已达27年零7个月，在2012年6月25日仅组织更换了曲柄销轴承。

1.2故障发生经过2021年9月22日，该机在运转过程中发生曲柄销断裂事故，造成停机。

经调查了解：当晚某采油管理区9#计量站当值工人王某，于22日早上5:30分巡井至该机，并对设备进行了认真巡查，并未发现任何异常及听到任何异响，回站后大约在7:30左右，听到该机方向传来异响，迅速在计量站配电柜切断了该抽油机的电源，后急忙赶至该井，发现：因反扣曲柄销的轴出现断裂、脱出，造成游梁单臂运转，并迅速向相关部门进行汇报。

1.3故障的处理、恢复经过设备主管人员对事故损失进行了鉴定：现场抽油机尾轴承座损坏、曲柄销断裂侧抽油机连杆、支架损坏报废。

并根据事故损失情况制定了维修整改方案,组织维修抽油机，经过4个多小时的现场整改施工，该机重新恢复了正常运转。

2事故原因及失效机理分析2.1事故现场经现场鉴定：反扣曲柄销销轴断裂横截面发生在曲柄冲程孔内约100mm深处靠近轴丝扣部位，从销轴的断裂面来看，裂痕表面凹凸不平呈不规则状，并且有明显新旧痕迹，其裂纹逐渐扩大到整个断裂截面的75%左右时，剩下的25%的轴径不足以承受运行载荷，销轴突然断裂，造成事故。

现场曲柄销断裂情况图2.2原因分析针对此次事故的发生，该厂结合近几年发生的5次抽油机曲柄销销轴断裂事故进行了分析。

路虎发动机曲轴断裂曲轴断裂主要原因路虎发动机曲轴断裂故障分析路虎公司(Land Rover)以四驱车而举世闻名：自创始以来就始终致力于为其驾驶者提供不断完善的四驱车驾驶体验。

在四驱车领域中，路虎公司不仅拥有先进的核心技术，而且充满了对四驱车的热情：他是举世公认的权威四驱车革新者。

（北京博睿通达大型二类维修企业,比4S店便宜30%-50% ,原厂配件质量保证）(1)曲轴是发动机中受力最复杂的零件，因此结构复杂，加工精度要求很高。

路虎轿车发动机把曲轴设计为全支承型，并在上边装有飞轮、正时齿轮、链轮、带轮、连杆等。

路虎车曲轴用球墨合金铸铁经精密铸造而成，一般发动机曲轴用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。

由于曲轴结构复杂、制造困难、加工成本高，为延长其使用寿命，对于标准曲轴在磨损后可以按级修复使用，但路虎轿车曲轴设计时只允许加工磨修一次。

(2)曲轴轴承曲轴装在缸体的座孔内，在二者之间也装有薄壁滑动轴承，以增长缸体和曲轴使用寿命、维修方便、易于保持应有的配合精度。

曲轴轴承(也称为主轴承、或主轴瓦)其结构与图2-19中连杆轴承基本相同，也是薄壁轴承，其区别为：1)标准级曲轴轴承厚度为1.829±0.003mm，修理级曲轴轴承厚度为1.979±0.003mm。

2)装在气缸体上的全部轴承(缸体上半片轴承)带有油槽。

路虎曲轴断裂不可信！装在主轴承盖(也就是曲轴箱上)的轴承在第二、四轴颈上的轴承有油槽；在第一、三、五轴颈的轴承无油槽。

曲轴主轴颈与主轴承装配标准间隙为0.03-0.09mm。

在主轴承处为保证足够刚度和强度，另设二个紧固螺栓。

先把此螺栓拧紧20N•m的预紧力矩后，再将螺母拧转45°后，加好防护装置，才能保持正常工作。

(3)曲轴的轴向间隙。

为了保证离合器的正常工作和活塞在气缸中的恰当位置，曲轴设有轴向定位装置，路虎发动机的轴向定位设置在第二道主轴颈处，由两片带有油槽的止推片来调整曲轴的轴向间隙，标准的轴向间隙为0.07-0.272mm。

案例分享：发动机曲轴的断裂失效分析展开全文断裂失效是指金属、合金材料、机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程，断裂是发动机曲轴在运行过程中的主要失效形式，且疲劳断裂居首位，占失效实例约60%，对企业生产和经营造成巨大浪费和损失。

曲轴断裂失效分析特别重要，可以防止同类失效现象的重复发生，为改进设计及加工工艺提供依据，消除隐患确保产品安全可靠等，同时也是企业节能增效的有利途径。

一、曲轴断裂简介曲轴作为发动机核心零件之一，由于加工基准在曲轴中心孔和主轴颈间经常转换，产生基准不重合误差，再加上各轴颈加工精度高和轴类零件加工过程中刚性差的特点，是发动机本体五大件中加工质量最难保证的零件。

同时，曲轴又是把燃烧气体推动活塞进行直线运动转变成回转运动的桥梁，曲轴的旋转运动是整车或发动机的动力源，因此曲轴的寿命是发动机考核的关键指标之一。

由于曲轴在工作中承受交变载荷，主轴颈和连杆颈圆角过渡处属于曲轴强度的薄弱环节，长期的高速旋转运转和较大的交变负荷应力将造成曲轴圆角处产生裂纹或断裂。

轴颈圆角处、轴颈表面如有缺陷，将成为裂纹源，易造成曲轴的早期非疲劳断裂。

裂纹源一般位于连杆颈R角处，沿着约45°方向往曲柄梢扩展，最后断裂，包括裂纹源、裂纹扩展、断裂三阶段。

如图1、图2所示。

曲轴的断裂大多是突然发生，易引起人员的伤亡和机器的损坏，造成的损失非常巨大，是曲轴生产厂家生产经营中特别关注的课题。

二、曲轴断裂分析曲轴断裂的原因主要有以下几种情况：1.机加工不符合要求（1）曲轴制造质量不好，加工粗糙、材质不佳，达不到设计要求。

（2）各缸工作不平衡，活塞连杆组重量偏差过大，引起曲轴受力不均而导致断裂。

（3）冷校直也是曲轴断裂的一个原因。

因为校直是塑性变形，会产生微裂纹，大大降低了曲轴的强度，因而在交变载荷的作用下，会导致曲轴断裂。

（4）各道主轴承中心线不同心，使曲轴受交变压力的作用，导致曲轴断裂。

造成主轴承不同心的原因，除了缸体热处理过程中自然失效机体本身变形引起的以外，往往还由于维修装配或刮瓦时主轴承不同心引起。

汽车发动机曲轴断裂分析郑真;张兵;赵剑【摘要】汽车行驶3万多km后发动机曲轴发生断裂.通过宏微观观察、金相检查、力学性能测试、R尺寸及表面粗糙度测量,对曲轴的断裂性质和原因进行分析.结果显示:曲轴断裂性质为疲劳断裂;曲轴基体组织为珠光体+连续网状铁素体,铁素体呈连续网状沿晶分布,导致材料塑性、冲击韧性和疲劳性能降低,是导致曲轴疲劳断裂的主要原因;此外,R角处表面粗糙度超出技术要求,促进了疲劳裂纹的萌生.【期刊名称】《失效分析与预防》【年(卷),期】2016(011)004【总页数】4页(P261-264)【关键词】发动机曲轴;49MnVS3非调质钢;疲劳断裂;网状铁素体【作者】郑真;张兵;赵剑【作者单位】北京航空材料研究院中航工业失效分析中心,北京100095;航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京100095;材料检测与评价航空科技重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院中航工业失效分析中心,北京100095;航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京100095;材料检测与评价航空科技重点实验室,北京100095;川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院,四川德阳618300【正文语种】中文【中图分类】TG142.33;U464.13曲轴是汽车发动机中最重要的部件之一。

它将连杆传来的力转化为转矩并输出以驱动发动机上其他附件工作。

旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷。

此外，由于路况等原因，曲轴在车辆行驶过程中不可避免会受到冲击载荷的作用。

因此曲轴材料必须具有足够高的强度、冲击韧性和疲劳强度，一般采用球墨铸铁或碳素结构钢制成[1]。

曲轴的断裂失效形式通常有如下几种情形[2-3]：1)校直引起原始裂纹；2)圆角淬火工艺不合理，在服役过程中会引起疲劳裂纹；3)锻造质量问题；4)铸造缺陷；5)加工不当引起应力集中；6)曲轴服役过程中的异常情况。

第1篇一、基础知识1. 请简要介绍机械原理的基本内容。

2. 解释牛顿第一定律、第二定律和第三定律。

3. 简述机械运动学的基本概念和主要研究内容。

4. 举例说明运动副、机构、系统等基本概念。

5. 解释什么是运动分析、受力分析。

6. 简述机械动力学的基本内容。

7. 举例说明什么是弹性力学、塑性力学。

8. 解释什么是机械设计、机械制造。

9. 简述机械制造工艺的基本内容。

10. 举例说明什么是热处理、表面处理。

二、机械设计1. 请简要介绍机械设计的基本流程。

2. 解释什么是设计计算、结构分析。

3. 简述机械设计中的常用计算方法。

4. 举例说明机械设计中的常用材料。

5. 解释什么是强度、刚度、稳定性。

6. 简述机械设计中常见的结构设计方法。

7. 举例说明机械设计中常见的传动设计方法。

8. 解释什么是机械传动、减速器。

9. 简述机械设计中的运动设计方法。

10. 举例说明机械设计中的自动控制设计方法。

三、机械制造1. 请简要介绍机械制造的基本流程。

2. 解释什么是铸造、锻造、焊接、热处理等基本工艺。

3. 简述机械制造中的加工方法。

4. 举例说明机械制造中的数控加工、模具设计等先进技术。

5. 解释什么是机械加工精度、表面质量。

6. 简述机械制造中的质量控制方法。

7. 举例说明机械制造中的生产管理、工艺流程。

8. 解释什么是自动化、智能化制造。

9. 简述机械制造中的环保、节能措施。

10. 举例说明机械制造中的新材料、新工艺。

四、机械测试与检测1. 请简要介绍机械测试与检测的基本内容。

2. 解释什么是力学测试、电学测试、光学测试等。

3. 简述机械测试与检测的基本方法。

4. 举例说明机械测试与检测中的常用仪器、设备。

5. 解释什么是可靠性、寿命、耐久性。

6. 简述机械测试与检测中的数据处理方法。

7. 举例说明机械测试与检测在产品设计、生产中的应用。

8. 解释什么是机械故障诊断、预防性维护。

9. 简述机械测试与检测中的标准化、规范化。