接触应力对车轴钢旋转弯曲微动疲劳寿命的影响

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1、３４材料工程／２０１４年２期接触应力对车轴钢旋转弯曲微动疲劳寿命的影响ＥｆｆｅｃｔｏｆＣｏｎｔａｃｔＳｔｒｅｓｓｏｎＲｏｔａｔｉｎｇＢｅｎｄｉｎｇＦｒｅｔｔｉｎｇＦａｔｉｇｕｅＬｉｆｅｏｆＲａｉｌｗａｙＡｘｌｅＳｔｅｅｌ宋川，刘建华，彭金方，张林，周琰，朱旻昊（西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所，成都６１００３１）ＳＯＮＧＣｈｕａｎ，ＬＩＵＪｉａｎ－ｈｕａ，ＰＥＮＧＪｉｎ－ｆａｎｇ，ＺＨＡＮＧＬｉｎ，ＺＨＯＵＹａｎ，ＺＨＵＭｉｎ－ｈａｏ（ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｒａｃｔ

2、ｉｏｎＰｏｗｅｒＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）摘要：研究ＬＺ５０车轴钢不同过盈配合接触应力水平对旋转弯曲微动疲劳寿命的影响。分别利用光学显微镜、扫描电子显微镜对过盈配合表面的微动损伤表面和断口进行分析。结果表明，随着过盈量的增加，ＬＺ５０车轴钢旋转弯曲微动疲劳寿命呈现先降低而后升高的非线性特征，这是多轴复杂应力、配合面的接触应力、微动摩擦应力以及微动磨损交互作用的结果。关键词：微动疲劳；旋转弯曲；车轴；接触应力

3、；过盈配合ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４３８１．２０１４．０２．００７中图分类号：ＴＨ１１７．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４３８１（２０１４）０２－００３４－０５Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬＺ５０ｒａｉｌｗａｙａｘｌｅｓｔｅｅｌｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｏｎｒｏｔａｔｉｎｇｂｅｎｄｉｎｇｆｒｅｔｔｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｓｓ－ｆｉｔｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｅｓ．Ｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃ

4、ｏｐｅ（ＯＭ）ａｎｄＳｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｐｒｅｓｓ－ｆｉｔｆｒｅｔｔｉｎｇｄａｍａｇｅｓｕｒｆａｃｅｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｂｅｎｄｉｎｇｆｒｅｔｔｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅＬＺ５０ｐｒｅｓｅｎｔａｎｏｎ－ｌｉｎｅｒｆｅａｔｕｒｅ，ｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｆｉｒｓｔｌｙ

5、，ａｎｄｔｈｅｎｉｎ－ｃｒｅａｓｅ．Ｉｔｉｓｄｕｅｔｏｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｍｕｌｔｉ－ａｘｉａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｓａｍｐｌｅ，ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｔａｃｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，ｆｒｅｔｔｉｎｇｆｒｉｃａｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｆｒｅｔｔｉｎｇｗｅａｒａｎｄｆｒｅｔｔｉｎｇｆａｔｉｇｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｔｔｉｎｇｆａｔｉｇｕｅ；ｒｏｔａｔｉｎｇｂｅｎｄｉｎｇ；ｒａｉｌｗａｙａｘｌｅ；ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅ

6、ｓｓ；ｐｒｅｓｓ－ｆｉｔ车轴是关系列车安全运行的重要部件之一，其疲个独立变量，即接触应力和疲劳应力幅值。对于探索［１］劳可靠性直接决定了列车的服役安全性。微动损伤微动疲劳损伤机理来说，研究独立变量对微动疲劳寿［５］在轮－轴过盈配面上不可避免，而且是关键控制因素，命的影响尤为关键。也正是由于微动损伤的存在使得车轴的可靠性设计很接触应力微动疲劳寿命的影响已有一些研究，主难达到理想状态。尽管有相当的文献对车轴的微动疲要认为：（１）材料的微动疲劳寿命随接触应力的增加而劳进行了报道和研究，但是，对车轴微动疲劳裂纹萌生降低，

7、普遍认为接触面上随接触应力增加的局部疲劳［２－４］和扩展的机理认识还不够清晰。应力造成微动疲劳裂纹提早萌生和扩展，导致寿命下普遍认为有５０个以上的变量对微动疲劳有明显［６，７］降。（２）材料的微动疲劳寿命随接触应力的增加［８］［９］的影响，但是只有六个变量起决定作用，即：接触应力、而增加；Ｂｅｎｈａｍｅｎａ等和Ｃｈａｋｈｅｒｌｏｕ等的研究滑移幅值、摩擦因数、接触面切应力幅值、接触面疲劳表明，随着接触应力的增加，疲劳裂纹的萌生位置和应力幅值和疲劳载荷频率。显然，上述影响因素在微损伤机理均发生变化，从而使得构件的微动

8、疲劳寿动疲劳进程中并不是单独作用的，它们的交互作用使命增加。（３）材料的微动疲劳寿命随接触应力的增得微动疲劳损伤机理变得复杂。Ｉｙｅｒ通过系统的实验加呈现一个非线性变化，在某一接触应力区存在一和计算研究发现，在上述的几个主要变量中只存在两个最小值；Ｆｅｒｎａｎｄｏ等认为随着接触应力的增加，裂接触应力对车轴钢旋转弯曲微动疲劳寿命的影响３５［１０］纹张开难度增大，从而使得微动