某公司破碎設(shè)備上使用的KPBV150減速器二級(jí)行星輪運(yùn)行兩年發(fā)生斷裂,引起太陽輪、行星架、箱體等其它零部件的變形、斷裂,最終導(dǎo)致減速器失效。失效的齒輪是從內(nèi)孔處開始斷裂,因此首先對(duì)發(fā)生斷裂的齒輪內(nèi)孔表面進(jìn)行了探傷,然后采用宏觀觀察、微觀觀察、化學(xué)成分分析等方法對(duì)斷裂的減速器二級(jí)行星輪的斷口進(jìn)行斷口分析,確定齒輪斷裂的失效模式為高周疲勞斷裂。裂紋源在齒輪的內(nèi)孔次表面,并在該區(qū)域觀察到材料存在凹坑缺陷,這種凹坑缺陷直接破壞了材料的連續(xù)性,降低了材料的力學(xué)性能,在外載的作用下,在凹坑缺陷附近產(chǎn)生應(yīng)力集中,誘發(fā)裂紋萌生,并在隨后的疲勞載荷作用下,疲勞裂紋擴(kuò)展,最終導(dǎo)致該齒輪斷裂失效。因此判定導(dǎo)致齒輪疲勞斷裂失效的根本原因是齒輪材料存在凹坑缺陷。 通過進(jìn)行齒輪材料的力學(xué)性能試驗(yàn),獲得材料抵抗外載尤其是疲勞載荷的力學(xué)性能參數(shù),作為預(yù)測(cè)齒輪結(jié)構(gòu)疲勞壽命的材料參數(shù)依據(jù)。其中,通過對(duì)齒輪材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn),獲得齒輪材料的靜強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率等材料靜強(qiáng)度性能參數(shù)。通過對(duì)齒輪材料進(jìn)行疲勞試驗(yàn),采用升降法獲得材料的疲勞極限。通過對(duì)齒輪材料進(jìn)行斷裂性能試驗(yàn),獲得材料的斷裂韌性、疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值等斷裂性能參數(shù),并通過對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析,擬合疲勞裂紋擴(kuò)展公式。 綜合考慮實(shí)際運(yùn)行情況下,齒輪傳遞的力矩以及齒輪內(nèi)孔的過盈配合殘余應(yīng)力,通過基于ANSYS的有限元分析,計(jì)算齒輪內(nèi)孔的實(shí)際應(yīng)力。最后采用“損傷容限設(shè)計(jì)”的斷裂力學(xué)理論,對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算結(jié)果表明,疲勞裂紋擴(kuò)展壽命要低于齒輪結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行壽命,說明基于材料凹坑缺陷的疲勞裂紋萌生壽命也是齒輪結(jié)構(gòu)疲勞壽命的重要組成部分,要更精確的計(jì)算具有材料缺陷的齒輪結(jié)構(gòu)疲勞壽命,還需對(duì)基于該種材料缺陷的疲勞裂紋萌生機(jī)理及模型進(jìn)行進(jìn)一步研究。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TH132.46
【部分圖文】：

們提出了各種不同的理論模型來解釋疲勞裂紋第11階段擴(kuò)展及疲勞條帶的形成機(jī)理，其中被人們普遍接受的是Laird提出的裂尖塑性鈍化模型。該模型認(rèn)為，每個(gè)循環(huán)載荷中疲勞裂紋向前擴(kuò)展一段距離是由裂紋尖端塑性鈍化引起的。如圖2.3所示，在完全卸載一13-

Fig.2.3ThePlasticbluntingeracktiPmodeloftheformationoffatiguestriations但是裂尖塑性鈍化形成疲勞條帶的模型，不能解釋有些材料在真空中進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí)疲勞條帶消失的現(xiàn)象。Neumalm提出了疲勞裂紋擴(kuò)展的裂尖滑移模型，如圖2.4所示，圖2.4(a)為隨著拉伸應(yīng)力的增加，交變滑移面上的滑移引起裂紋張開和裂尖鈍化。圖2.4(b)為隨著壓縮應(yīng)力的增加，在交變滑移面上由于部分滑移面倒置，致使裂紋閉合及裂尖的再次銳化。但是裂紋不能完全閉合，這是因?yàn)樵诹鸭y張開時(shí)生成的新滑移面馬上被氧化，致使滑移成為不可逆的。該模型更為成功地解釋了第11階段的疲勞裂紋擴(kuò)展。扮移面的方位orien紐a玄 100ofsl幣Pl。。e，/丫，曰t‘-、盡，、!日沙O‘、油汗心甘二二二議/}·‘\、、_了\、_產(chǎn)

是斷口分析中關(guān)鍵的一環(huán)。通過肉眼我們可以觀察到斷口的裂紋從齒輪的內(nèi)孔表面附近起源，以主裂紋源為中心，斷口有明顯的疲勞弧線，如圖3.2。疲勞弧線是金屬疲勞斷口最基本的宏觀形貌特征，它是在疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段形成的與裂紋擴(kuò)展方向垂直的弧線，是疲勞裂紋瞬時(shí)前沿線的宏觀塑性變形痕跡，因此可以初步確定該種失效模式為疲勞斷裂。在主裂紋的右側(cè)還存在一個(gè)副裂紋，主裂紋由完整的裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)三部分組成。而副裂紋只有明顯的裂紋源區(qū)，并且包含在主裂紋的疲勞弧線之內(nèi)、顏色也較主裂紋源區(qū)淡，因此推斷副裂紋產(chǎn)生的時(shí)間比較靠后，對(duì)斷裂起主要作用的是主裂紋。一般情況下，在一個(gè)斷面上出現(xiàn)兩個(gè)或以上的裂紋源是由于交變載荷較高或斷口上存在多個(gè)應(yīng)力集中部位或材料存在多個(gè)不連續(xù)的缺陷區(qū)域。圖3.2斷口的宏觀形貌 Fig.3.2Themacro一 aPPearaneeoffractoresuri觸ce主裂紋由典型的疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)三部分組成。其中宏觀的疲勞裂紋源區(qū)應(yīng)該包括裂紋源區(qū)與第I階段擴(kuò)展區(qū)，即斷口上深灰色的橢圓區(qū)。疲勞裂紋源區(qū)裂紋擴(kuò)展緩慢，斷面平坦、光滑、細(xì)密。由于裂紋源區(qū)暴露于介質(zhì)中的時(shí)間最長，氧化、腐蝕較重

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2832092