勞國(guó)強(qiáng)（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

發(fā)動(dòng)機(jī)“耐久模型”的研究與探討

勞國(guó)強(qiáng)
（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

根據(jù)材料構(gòu)件的疲勞原理、試驗(yàn)方法和發(fā)動(dòng)機(jī)耐久運(yùn)行的失效案例，對(duì)現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)耐久模型進(jìn)行了分析，提出了簡(jiǎn)化耐久模型和一般耐久模型的概念。應(yīng)用耐久模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久考核與無(wú)大修工作周期或行駛里程的關(guān)系進(jìn)行了分析，并闡述了耐久與疲勞的關(guān)系。

耐久模型 S-N曲線 耐久 疲勞

1　引言

通常，規(guī)范開發(fā)、正規(guī)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)，都必須通過(guò)500 h、1 000 h或更長(zhǎng)時(shí)間的耐久試驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行考核驗(yàn)證，以檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能，包括可靠性和使用壽命等。

那末，通過(guò)這些耐久試驗(yàn)“考核”的發(fā)動(dòng)機(jī)，就能夠確保其在設(shè)計(jì)的預(yù)定工作周期（無(wú)大修）或行駛里程內(nèi)不發(fā)生整機(jī)毀壞性失效嗎？或者說(shuō)，通過(guò)500 h 或1 000 h耐久考核的發(fā)動(dòng)機(jī)，能否確保其在6 000 h、10 000 h，甚至20 000 h以上也能正常、可靠運(yùn)行呢？

這里，“整機(jī)毀壞性失效”的定義為：曲軸、凸輪軸和連桿等重要零部件斷裂；連桿螺栓、飛輪螺栓、主軸承蓋和缸蓋等的關(guān)鍵螺栓斷裂；機(jī)體、缸蓋等結(jié)構(gòu)部件毀壞。日常維護(hù)、調(diào)整和更換預(yù)定使用工作周期的部件，及易損件等一般維修則不包括在內(nèi)。

本文假定，（1）發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件均符合產(chǎn)品圖紙和各項(xiàng)技術(shù)要求，無(wú)制造缺陷、材料等的質(zhì)量問(wèn)題；（2）裝配嚴(yán)格按工藝規(guī)范；（3）用戶正常合理使用，并嚴(yán)格按規(guī)范對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

2　發(fā)動(dòng)機(jī)耐久的基礎(chǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的功能，是“有效且持續(xù)”的動(dòng)力輸出。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的強(qiáng)度耐久性是確保發(fā)動(dòng)機(jī)耐久運(yùn)行的根本基礎(chǔ)。

2.1結(jié)構(gòu)系統(tǒng)耐久的基礎(chǔ)─部件的疲勞特性

在“發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的有效、持續(xù)輸出”的前提下，要確保發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久（或“無(wú)大修”）里程達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)機(jī)型和用途的不同，可以是40萬(wàn)公里、80萬(wàn)公里，甚至超過(guò)100多萬(wàn)公里，就必須先充分確保發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的強(qiáng)度耐久的各項(xiàng)技術(shù)要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是由各個(gè)零部件組成。在耐久運(yùn)行中，如果發(fā)生結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的失效，并不是所有的部件一起失效，往往是某一個(gè)或幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的部件（有可能是重要、關(guān)鍵的，也有可能是看上去并不重要的小零件）首先失效所導(dǎo)致。所以，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的耐久與其各個(gè)部件直接相關(guān)。

各部件的“耐久”，主要是由該部件自身的疲勞性能決定（此處要強(qiáng)調(diào)，是“主要”而不是“完全”。詳見后面分析和討論的“4.3耐久與疲勞關(guān)系的深刻理解”）。而部件的疲勞性能是由其材料特性、部件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝等決定。

2.2疲勞的概念

根據(jù)沃勒（A.Wo..hler）的疲勞原理（疲勞試驗(yàn)方法和疲勞極限概念等），各結(jié)構(gòu)部件均存在應(yīng)力-壽命曲線（S-N曲線）［1］，見圖1。圖中，在S-N疲勞曲線以上，為“疲勞斷裂區(qū)”；在S-N曲線（疲勞極限段）的延伸線以下，為“無(wú)限疲勞工作區(qū)”；在S-N曲線（有限疲勞段）以下與在S-N曲線（疲勞極限段）的延伸線以上的三角區(qū)是“有限疲勞工作區(qū)”。

圖1　部件疲勞的S-N曲線

為便于討論，本文假定：發(fā)動(dòng)機(jī)各結(jié)構(gòu)部件均存在疲勞極限。對(duì)于超高周次疲勞的“臺(tái)階型”疲勞曲線，本文的分析、討論和結(jié)論仍然適用。

3　耐久模型的研究

目前關(guān)于部件疲勞的原理、概念和試驗(yàn)方法已很明確、成熟，但發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的強(qiáng)度耐久機(jī)理并不清晰。發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)考核的方法基本是憑經(jīng)驗(yàn)積累，或者隨先行同行（引進(jìn)、借鑒或照搬一些國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的做法。為此，有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久機(jī)理模型進(jìn)行分析和研究。

3.1簡(jiǎn)化耐久模型（理想耐久模型）

很明顯，部件的疲勞特性是發(fā)動(dòng)機(jī)耐久的基礎(chǔ)。由此，借用疲勞的原理和試驗(yàn)方法，定義“簡(jiǎn)化耐久模型”為：把發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)作疲勞試驗(yàn)機(jī)來(lái)處理，把發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久試驗(yàn)“理想化”地看作是對(duì)其各結(jié)構(gòu)部件的疲勞試驗(yàn)考核。為使分析具有一般性和廣泛性，以下所稱的“結(jié)構(gòu)件”或“（零）部件”均為泛指發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件。

圖2為結(jié)構(gòu)件在耐久過(guò)程中，其狀態(tài)的變化過(guò)程。在耐久開始時(shí)，即初始狀態(tài)下，A表示初始工作應(yīng)力大于其疲勞極限的狀態(tài)，B為初始工作應(yīng)力小于其疲勞極限的狀態(tài)。根據(jù)疲勞試驗(yàn)的原理和本簡(jiǎn)化耐久模型的定義，各結(jié)構(gòu)件在發(fā)動(dòng)機(jī)耐久考核的運(yùn)行過(guò)程中，就是在S-N圖中由初始運(yùn)行狀態(tài)向右行進(jìn)的水平線。在耐久考核過(guò)程中，A沿水平線前進(jìn)，在越過(guò)S-N曲線后，工作應(yīng)力循環(huán)數(shù)應(yīng)小于107次，發(fā)生了疲勞斷裂，表示A沒(méi)能通過(guò)耐久考核；而B在耐久考核中，該部件也沿水平線向右前進(jìn)，因其所受應(yīng)力始終小于其疲勞極限，即始終不越過(guò)S-N曲線（或不與S-N曲線交叉），故跨過(guò)耐久考核期線，B最終通過(guò)耐久考核。

圖2　簡(jiǎn)化耐久模型：工作應(yīng)力狀態(tài)的變化過(guò)程

柴油機(jī)的耐久考核期時(shí)間一般定義為500 h、1 000 h甚至1 500 h，各工作循環(huán)數(shù)均應(yīng)大于或遠(yuǎn)大于107次。

3.2簡(jiǎn)化耐久模型的優(yōu)點(diǎn)與“困惑”

根據(jù)上述對(duì)簡(jiǎn)化耐久模型的分析，可得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：

（1）在耐久考核期內(nèi)，如果某部件發(fā)生了疲勞失效，即其應(yīng)力狀態(tài)，在S-N圖中為A，見圖2。其原因有兩個(gè)：一是該部件本身的抗疲勞能力差，疲勞性能低于設(shè)計(jì)要求；二是某種因素，如不合理的設(shè)計(jì)，沒(méi)有足夠的安全系數(shù)等等，導(dǎo)致該部件的初始工作應(yīng)力大于其疲勞極限。當(dāng)然，二者兼有的情況更會(huì)發(fā)生疲勞失效。

（2）超出耐久考核期的疲勞失效，即在大于107次工作循環(huán)后，由于其應(yīng)力狀態(tài)在S-N圖中為B（見圖2），始終是沿水平線向右前進(jìn)，是不會(huì)與S-N線相交，其工作壽命應(yīng)該是無(wú)限的。如果這種情況下發(fā)生了疲勞失效，其原因一定是發(fā)動(dòng)機(jī)承受了超過(guò)正常的外加載荷，或“過(guò)負(fù)荷損傷”的非正常使用。

在發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中，只要稍有疲勞基本概念的工程師，都在不同程度地有意、無(wú)意（潛意識(shí)）使用這個(gè)“簡(jiǎn)化耐久模型”。

很多發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠，因試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、試驗(yàn)工作量、開發(fā)進(jìn)度、試驗(yàn)裝備和分析能力等原因，通常不對(duì)部件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。而依據(jù)簡(jiǎn)化耐久模型，采用整機(jī)耐久考核形式。在實(shí)際工作中，各制造廠對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的部件、重大工藝變更后制造的部件和新供應(yīng)商提供的部件進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，大多也以裝機(jī)考核進(jìn)行驗(yàn)證。

誠(chéng)然，簡(jiǎn)化耐久模型直觀、易被理解，便于在工廠中實(shí)現(xiàn)“直接的、較經(jīng)濟(jì)的”試驗(yàn)驗(yàn)證。在一定條件和適用范圍內(nèi)，該模型在相當(dāng)程度上是確實(shí)可信的，故在發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)中被廣泛采用。

然而，對(duì)該模型進(jìn)行深入思考和分析后，發(fā)現(xiàn)其局限性也是很明顯的。在耐久考核期內(nèi)，發(fā)生的結(jié)構(gòu)或零部件疲勞失效，用簡(jiǎn)化耐久模型都可以對(duì)其順利、成功地進(jìn)行分析和解釋。而在超出耐久考核期出現(xiàn)的失效，簡(jiǎn)化耐久模型認(rèn)為，這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)外加“過(guò)載荷”或“過(guò)負(fù)荷損傷”的非正常使用，是導(dǎo)致工作循環(huán)次數(shù)超過(guò)107次之后發(fā)生疲勞斷裂的根本原因。在發(fā)動(dòng)機(jī)的外加載荷有明顯超載或非正常使用的情況下，這種分析理論基本能解釋得通。

但在有些案例中，這一結(jié)論與事實(shí)完全不符。根據(jù)筆者多年來(lái)對(duì)一些發(fā)動(dòng)機(jī)失效案例的深入調(diào)查、實(shí)物觀察和分析，發(fā)現(xiàn)未必都是“外加過(guò)載荷”或“過(guò)負(fù)荷損傷”的非正常使用因素導(dǎo)致的疲勞失效。見如下案例：

案例1：2002年114系列某客車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)行至28萬(wàn)公里時(shí)疲勞斷裂，拆機(jī)發(fā)現(xiàn)斷裂發(fā)生在第3缸主軸徑附近。據(jù)用戶單位反映，該大客車專職駕駛員是“行業(yè)國(guó)家標(biāo)兵”，平時(shí)用車和保養(yǎng)都極其規(guī)范。駕駛員在察覺發(fā)動(dòng)機(jī)異常后，及時(shí)停車。檢查發(fā)現(xiàn)曲軸斷裂，其它部件無(wú)明顯異常，僅更換曲軸后該發(fā)動(dòng)機(jī)正常繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用。

案例2：2008年114系列某新型四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)配套實(shí)車試驗(yàn)，在上海至北京高速公路上進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)實(shí)車行駛。至16.7萬(wàn)公里在進(jìn)行例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)曲軸主軸承蓋螺栓疲勞斷裂，其它部件無(wú)異常，僅更換螺栓后發(fā)動(dòng)機(jī)正常繼續(xù)運(yùn)行。

案例3：2010年某合資公司的外資品牌發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)行至39萬(wàn)公里時(shí)曲軸主軸承蓋螺栓疲勞斷裂。該發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)件均為CKD件，螺栓（CKD）斷裂形式、失效情況基本同案列2。

顯然，以上三個(gè)案例中發(fā)生疲勞斷裂的部件，工作應(yīng)力循環(huán)數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)107次。對(duì)這三個(gè)案例情況的進(jìn)一步調(diào)查和分析，可以判定：這三個(gè)案例疲勞斷裂與外加載荷變化并無(wú)關(guān)聯(lián)。在發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有超載、沒(méi)有非正常使用的情況下，這三個(gè)部件仍然出現(xiàn)了疲勞斷裂。

這使得我們思考，在超過(guò)107次工作應(yīng)力循環(huán)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件發(fā)生疲勞斷裂的根本原因，除發(fā)動(dòng)機(jī)外加載荷因素之外，是否還有其它因素存在呢？

3.3一般耐久模型

在簡(jiǎn)化耐久模型中，把發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)作疲勞試驗(yàn)機(jī)來(lái)處理，部件應(yīng)力狀態(tài)在S-N圖中是一條水平線。在觀察、分析后發(fā)現(xiàn)，并不是所有的情況下都能把發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)作疲勞試驗(yàn)機(jī)來(lái)“理想化”處理的。

在更普遍的情況下，結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)力狀態(tài)在S-N圖中從初始的工作應(yīng)力點(diǎn)出發(fā)向右移動(dòng)，并不一定是水平直線。在圖3中，理論上工作應(yīng)力曲線有三種可能的發(fā)展趨勢(shì)：（1）“逐步向上”的線；（2）“逐步向下”的線；（3）“水平走向”的線。很明顯，“水平走向”的線，是理想情況下的特例。故“簡(jiǎn)化耐久模型”也可稱“理想耐久模型”，其相關(guān)結(jié)論前面已述。從初始工作狀態(tài)點(diǎn)“逐步向下”走的線，也可歸到“簡(jiǎn)化耐久模型”的結(jié)論中。真正需要重點(diǎn)研究的是“逐步向上”走向的線。

圖3　一般耐久模型中工作應(yīng)力狀態(tài)曲線

在圖3中，A表示部件的初始工作應(yīng)力大于疲勞極限，而B為初始工作應(yīng)力小于疲勞極限，這與圖2中的簡(jiǎn)化耐久模型一致?！癮水”、“b水”在前面的“簡(jiǎn)化耐久模型”中已有結(jié)論，“a上”可歸到“a水”一類處理?！癮下”分兩種情況：如果與S-N曲線的有限疲勞段交叉的“a下1”，則也可歸到到“a水”一類處理；如果不與S-N曲線交叉的“a下2”，則可與“b下”一起處理?！癰下”在耐久運(yùn)行中，越使用工作應(yīng)力就越低。由于是越運(yùn)行越安全，故是無(wú)需關(guān)注的曲線。

真正需要研究的是，B的“逐步向上”走向的線，見圖4中的①～⑦曲線。曲線①和②在簡(jiǎn)化耐久模型中常被歸到“a水”來(lái)處理，曲線③～⑥分別代表10萬(wàn)公里、16.7萬(wàn)公里、28萬(wàn)公里、39萬(wàn)公里失效部件的工作應(yīng)力狀態(tài)曲線，曲線⑦是能確保發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的（無(wú)大修）工作周期或行駛里程內(nèi)，結(jié)構(gòu)部件不發(fā)生疲勞失效的曲線，它是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、研發(fā)的目標(biāo)線。

4　分析和討論

4.1耐久模型的分析和對(duì)“耐久試驗(yàn)”的認(rèn)識(shí)

對(duì)比簡(jiǎn)化耐久模型與一般耐久模型之后，不難發(fā)現(xiàn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用、無(wú)過(guò)載的情況下，在超過(guò)107次工作應(yīng)力循環(huán)之后，結(jié)構(gòu)部件發(fā)生疲勞失效的根本原因是：發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件在耐久運(yùn)行中的工作應(yīng)力并非恒定不變，而是不受控制的"逐步變大"，在越過(guò)S-N疲勞曲線后，最終疲勞斷裂失效。圖3中的曲線“a上”、“a水”、“a下1”、①和②，在耐久考核期內(nèi)，失效都會(huì)被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。不過(guò)，按簡(jiǎn)化耐久模型，這都認(rèn)為是“a水”，即只有一條線；而按一般耐久模型，則存在信息更豐富的5條曲線。在實(shí)際解決問(wèn)題時(shí)，根據(jù)一般耐久模型制定的改進(jìn)方案，其針對(duì)性更強(qiáng)、也更有效，這需要以長(zhǎng)期的技術(shù)積累為基礎(chǔ)。

圖3中的曲線③～⑥，在耐久考核期內(nèi)，均不會(huì)發(fā)生疲勞失效。而在超出耐久考核期后，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用的情況下，按簡(jiǎn)化耐久模型是不可能發(fā)生疲勞失效；而按一般耐久模型，則完全可能發(fā)生疲勞失效，除非該發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件的工作應(yīng)力，控制得像曲線⑦一樣，能確保在預(yù)定的工作周期或行駛里程內(nèi)，不與S-N曲線交叉。

綜上耐久模型的分析，可以得出這樣的結(jié)論：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)了通常500 h、1 000 h整機(jī)耐久考核，并不能確保其在超出耐久考核期后，如6 000 h或10 000 h也能正常、可靠地運(yùn)行。但反之，能在6 000 h、10 000 h甚至20 000 h以上可靠運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)，一定能通過(guò)通常的耐久考核。即：通過(guò)通常的耐久考核，僅是“在設(shè)計(jì)預(yù)定的（無(wú)大修）工作周期或行駛里程內(nèi)能正常可靠運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)”的必要條件，而非充分條件。除非在耐久考核時(shí)，能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件的工作應(yīng)力進(jìn)行記錄，才能判斷其應(yīng)力狀態(tài)的變化趨勢(shì)，由此推斷其耐久性能。對(duì)此，應(yīng)有充分的認(rèn)識(shí)。

4.2耐久模型的應(yīng)用及對(duì)案例的簡(jiǎn)要判斷

根據(jù)上面建立的一般耐久模型，前述的行駛16.7萬(wàn)公里、28萬(wàn)公里和39萬(wàn)公里后疲勞斷裂的三個(gè)案例就得到順利解釋，其失效原因也能由此得以準(zhǔn)確判斷。

案例1：在運(yùn)行至28萬(wàn)公里的過(guò)程中，雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)外加載荷均正常，但該6缸曲軸的第3缸處主軸承檔有很緩慢的、逐步累積的松弛情況。在相同的爆發(fā)壓力條件下，使曲軸該處的彎曲應(yīng)力逐漸增大，緩慢地達(dá)到并超過(guò)其疲勞極限，最終發(fā)生彎曲疲勞斷裂，如圖3中的曲線⑤。

案例2：該發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的16.7萬(wàn)公里過(guò)程中，雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)外加載荷均正常，爆壓也在正常范圍內(nèi)，但（第4軸承檔）主軸承螺栓的預(yù)緊力逐步下降，導(dǎo)致該主軸承螺栓所受的動(dòng)態(tài)工作應(yīng)力上升［2～4］，慢慢地達(dá)到、超過(guò)螺栓疲勞極限，最終發(fā)生疲勞斷裂，如圖3的曲線④。

案例3的情況基本同案例2，僅僅是該主軸承螺栓的動(dòng)態(tài)工作應(yīng)力上升得更緩慢（當(dāng)然，也應(yīng)考慮到：案例3螺栓的疲勞性能優(yōu)于案例2的可能），逐步地達(dá)到、超過(guò)其疲勞極限，最終在39萬(wàn)公里時(shí)發(fā)生疲勞斷裂，如圖3的曲線⑥。

4.3耐久與疲勞關(guān)系的深刻理解

通常，耐久性是對(duì)系統(tǒng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)）而言，而疲勞性能是對(duì)部件而言。但在實(shí)際工作中涉及部件的“耐久”與“疲勞”時(shí)，常見把二者混淆或等同的情況。通過(guò)前面“耐久模型”的定義、分析和比較，可以深刻地理解發(fā)動(dòng)機(jī)部件“耐久”與“疲勞”的關(guān)系與差異。明確如下的概念含義：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)部件疲勞的概念：在給定試驗(yàn)條件、確定應(yīng)力（范圍）的情況下，部件的抗應(yīng)力循環(huán)的能力或壽命，即S-N曲線。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)部件耐久的概念：部件安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，無(wú)故障、能正常工作的能力或壽命。

按以上定義，“部件的耐久”與“部件的疲勞性能”，雖然是相關(guān)聯(lián)的，但有明顯的區(qū)別。一方面，只要試驗(yàn)條件和方法一致，精度保證，疲勞試驗(yàn)結(jié)果是確定的，在理論上，部件的疲勞特性是該部件自身的客觀特性；另一方面，只有適用于實(shí)際需要的部件，才能發(fā)揮其功能。因而，部件疲勞“給定試驗(yàn)條件、確定的應(yīng)力（范圍）”的各類參數(shù)均應(yīng)采集、抽象自實(shí)際的運(yùn)行系統(tǒng)。所以，部件疲勞特性的試驗(yàn)也是與實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)有密切聯(lián)系的。

因此，判斷某部件的疲勞性能時(shí)，可以不管或不涉及部件的運(yùn)行系統(tǒng)。但是，在判斷某部件的耐久性能時(shí)，則一定是以該部件在某具體的系統(tǒng)中運(yùn)行為前提的。

否則，脫離具體運(yùn)行系統(tǒng)環(huán)境討論部件的耐久性能，就是混淆了耐久與疲勞的概念差異。

當(dāng)部件的實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)環(huán)境完全理想化時(shí)，該部件的耐久試驗(yàn)，就如同該部件在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。前面提到的簡(jiǎn)化耐久模型，就是這種情況。

5　結(jié)論

（1）明確了簡(jiǎn)化耐久模型和一般耐久模型的定義、關(guān)系和應(yīng)用范圍，簡(jiǎn)化耐久模型是一般耐久模型理想狀況下的特例。簡(jiǎn)化耐久模型直觀、易懂，也便于實(shí)現(xiàn)“直接的、較經(jīng)濟(jì)的”驗(yàn)證，已在一般發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠普遍應(yīng)用，其缺點(diǎn)是：對(duì)超出耐久試驗(yàn)考核期的失效情況，有不能正確解釋、甚至誤導(dǎo)判斷的情況發(fā)生。一般耐久模型，無(wú)論工作循環(huán)數(shù)小于或大于107次，均能作出有效、合理的分析和判斷。

（2）通過(guò)通常的耐久考核，僅是確保發(fā)動(dòng)機(jī)“在設(shè)計(jì)預(yù)定的（無(wú)大修）工作周期或行駛里程內(nèi)能正?？煽窟\(yùn)行”的必要條件，絕非是充分必要條件。

（3）部件的“疲勞性能”是由其材料特性、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝等確定；部件的“耐久特性”，不僅僅與部件自身的疲勞性能相關(guān)，而且也與該部件實(shí)際的運(yùn)行系統(tǒng)息息相關(guān)。

以往，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作壽命的研究思路，是增強(qiáng)各重要部件的疲勞強(qiáng)度，以獲得更高的安全系數(shù)等。而根據(jù)這個(gè)一般耐久模型，從兩個(gè)方向來(lái)解決問(wèn)題：⑴提高部件的疲勞強(qiáng)度；⑵控制部件所受應(yīng)力的變化。

上述的案例2中，根據(jù)該模型的分析思路，同時(shí)對(duì)國(guó)產(chǎn)螺栓的制造工藝和該主軸承螺栓的裝配等進(jìn)行了一系列更改和優(yōu)化。投產(chǎn)8年來(lái)，該機(jī)型沒(méi)有再發(fā)生該失效問(wèn)題。而且其它機(jī)型類似的問(wèn)題也采用了該模型的思路進(jìn)行了更改。

［1］徐灝.疲勞強(qiáng)度［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版，1988：3.

［2］HagiwaraM，Yoshimoto I.The Relation between Load and Strength in Bolted JointsSubjected to Fatigue Loading［J］，Bulletin of JSME，1986，29 （257）：3917-3922.

［3］楊壽藏譯.疲勞載荷下螺釘連接的載荷和強(qiáng)度的關(guān)系［J］.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，1988（4）.

［4］Junker G.H，W allace PW.The Bolted Joint：Economy ofDesign through Improved Analysisand Assembly Methods［J］.Proc Instn Mech Engrs，1984，198B（14）：255～266.

Research and Discussion on Durability Model of Diesel Engine

Lao Guoqiang
（ShanghaiDiesel Engine Co.，Ltd，.Shanghai200438，China）

To study themechanism ofengine durability testand evaluation，the conceptof"simplified durabilitymodel"and"general durabilitymodel"was put forward，According to the fatigue principle and testmethod ofengine components，the case ofengine durability failure.The relationship between durability testand no overhauloperate cycle or endurancemileageisanalyzed by using themodelof durability.Stated relation durability and fatigue.

durabilitymodel，S-N curve，durability，fatigue

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.02.010

來(lái)稿日期：2015-12-20

勞國(guó)強(qiáng)（1960-），男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)椴考?qiáng)度試驗(yàn)與失效分析。