联轴节失效分析与设计改进.pdf

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1、第5期2014年10月内燃机InternalCombustionEnginesNo．50ct．2014联轴节失效分析与设计改进朱秀花。郑国世，何晶晶(东风康明斯发动机有限公司，湖北襄阳441004)摘要：介绍了某5．9L柴油机上液压泵联轴节失效分析与设计改进研究过程。研究结果表明，十字槽式联轴节传递的扭矩较小，不能满足工程机械压路机的使用要求；而花键联接可传递较大的扭矩，能够满足工程机械压路机的使用要求。关键词：联轴节；失效分析；设计改进中图分类号：TK422文献标识码：B文章编号：1000—6494(2014)05—0016—04ZHUXiuhua，ZHENGGuoshi，HEJing

2、jing(DongfengCumminsEngineCo．，Ltd．，Xiangyang441004，China)Abstract：Thispaperdescribedtheresearchofcouplingshaftfailureanalysisanditsdesignimprovementofaircompressorinengine．TheresearchresultshowsthatCROSScouplingshafttransferedlesstorqueanddidnotmeetrequestofengineeringrollerandsplinecouplingshaft

3、cantransfermoretorqueandmeetrequestofengineeringroller．Keywords：couplingshaft；failureanalysis；designimprovement0前言空气某5．9L柴油机广泛应用于商用车、工程机械及发电机组等。大部分商用车都要求发动机带空气压缩机总成和液压泵总成，用于车辆制动和转向助力，见图1。空气压缩机安装在发动机齿轮室上，通过齿轮传递扭矩，液压泵同轴安装在空气压缩机后端，通过联轴节将扭矩传递到液压泵上。该套配置在商用车上使用良好，但是，移植到工程机械，例如压路机上，就出现了联轴节断裂故障。我们对液压泵联轴节

4、断裂故障进行了失效分析和设计改进。1失效件分析终端用户返回的失效件见图2。因此，需要对联轴节断裂件进行失效分析，使用扫描电镜对失效件进行宏观和微观分析。通过宏观分析，可以确认断裂起源于联轴节直角根部。通过微观分析，可以确认断口呈解理脆性，断裂源区未发现任何缺陷，见图3。换句话说，断裂与材质无关。综上所述，联作者简介：朱秀花(1972一)，女，高级工程师，主要从事发动机零部件设计和应用力学分析等。收稿日期：2014—04—18罔2液J【、采驳4=

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7、1，断裂失效件轴节属高应力低周疲劳断裂，产生疲劳断裂的原因是由于在联轴节的直角处形成较大的应力集中，联轴节工作时，在扭力的作用下，断裂从端面

8、的直角处(应力集中最大处)开裂。联轴节材料无问题，第5期朱秀花，等：联轴节失效分析与设计改进罔3断裂火效什心部微观形态可能是联轴节使用环境载荷过大超过设计要求导致断裂。需要通过有限元计算与分析进一步确认。2有限元分析2。1液压泵扭矩液压泵主要性能参数如下：理论排量为18．9mL／r，最大工作压力为14MPa。液压泵最大理论输入扭矩为：M=50×p’×圪X10。／(1T×，7)式中，P’为最大压力，MPa；圪为理论排量，mL／r；卵为总效率，取0．8。代人公式中，可得：M=50X14×1．89×10。2／(3．14159X0．8)=52．6N·m即液压泵最大理论输入扭矩为52．6N·m。2

9、．2有限元模型根据联轴节的产品设计图纸及其装配关系，建立联轴节有限元分析的装配模型，见图4。吲4H天轴圹毖配仃限儿馍J删根据设计图纸的装配关系分析可知，联轴节在工作中的理论轴向串动有6mln，因此有限元模型分别选取轴距空气压缩机端0，3，6ITl／n进行计算。为了简化计算，联轴节与液压泵的接触假设为无摩擦接触，并事先调整为边缘接触，联轴节与空气压缩机的接触设为粘合接触。液压泵轴完全约束，而空气压缩机轴可以转动。联轴节凹槽根部是断裂处，因此该处的网格细化，见图5。2．3有限元计算根据上述有限元模型，对空气压缩机轴施加【孕l5目关车【旷1一彳】Ⅲ{，Lj‘qf}}E1j，52N·m和3．5N

10、·m的扭矩，计算联轴节中产生的等效应力。由于是边缘接触，因此在接触处产生较大的应力。联轴节凹槽根部的应力也较大，最大等效应力的计算结果见图6，这是联轴节在3mm位置处的应力分布图，施加的扭矩是52N-m。如果位置和扭矩不变，仅增加二个0．5X0．5的内倒角，则计算结果见图7。根据本次的计算结果整理成表1，以便进行计算结果分析。罔7心／J分“J㈥．表1有限元计算结果内燃机2014年10月2．4计算结果分析根据强度理论，最大等效应力应小