输出齿轮轴试验件的裂纹分析.pdf

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1、第３９卷第１１期Ｖｏｌ畅３９Ｎｏ畅１１２０１４年１１月ＨＥＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴＯＦＭＥＴＡＬＳＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１４失效分析输出齿轮轴试验件的裂纹分析胡慧玲，林楚新（中国航空动力机械研究所，湖南株洲４１２００２）摘要：９３１０钢制输出齿轮轴试验件进行高周疲劳试验时，其轴肩挖根R处发生开裂且挡边出现剥落。本文采用断口宏、微观分析、显微组织检测、硬度测试、力学性能测试等手段对其失效性质及裂纹萌生原因进行分析。结果表明，该输出齿轮轴开裂性质为疲劳，裂纹源位于轴肩挖根R的表面应力集中处。与之配合的小锥轴承的

2、磨损失效是造成开裂的主要原因，轴肩挖根表面粗糙度过大且局部刀痕尖锐度促进了裂纹的萌生。为了提高输出齿轮轴试验件的疲劳寿命，要合理选用耐磨轴承材料或采取适当的表面处理以提高轴承的耐磨性，要严格控制输出轴的圆角加工质量、降低挖根R处的表面粗糙度。关键词：输出齿轮轴；断口分析；疲劳开裂；磨损中图分类号：V216．7；TG115文献标志码：B文章编号：0254-6051（2014）11-0149-04CrackanalysisofoutputshafttestpiecesＨｕＨｕｉｌｉｎｇ，ＬｉｎＣｈｕｘｉｎ（

3、ＡＶＩＣＡｖｉａｔｉｏｎＰｏｗｅｒｐｌａｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＺｈｕｚｈｏｕＨｕｎａｎ４１２００２，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈ-ｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔ，ｔｈｅｒｅｗａｓａｃｒａｃｋａｐｐｅａｒｉｎｇａｔｔｈｅｒｏｏｔRｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｈａｆｔｓｈｏｕｌｄｅｒｗｈｉｃｈｗａｓｍａｄｅｂｙ９３１０ｓｔｅｅｌ，ａｎｄｓｏｍｅｓｐａｌｌｉｎｇｎｅａｒｔｈｅａｘｌｅｂｕｍｐｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅａｎｄｃｒ

4、ａｃｋｉｎｇｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｈａｆｔ，ｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｅｓｔｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｄｅｏｆｔｈｅｓｈａｆｔｉｓｔｈｅｆａｔｉｇｕｅ．ＴｈｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｅｓｆｒｏｍｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｏｏｔRａｎｄｉｔｍａｉｎｌｙｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔ

5、ｈｅｗｏｒｎｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｃｏｎｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇ．ＴｈｅｒｏｏｔRｗｉｔｈｌａｒｇｅｓｈａｒｐｃｕｔｔｅｒｍａｒｋｓｐｒｏｍｏｔｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｈａｆｔ，ｓｕｉｔａｂｌｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄｏｒａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｂｅｔａｋｅｎｏｎｔｈｅｓｍａｌｌｃｏｎｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇ．Ｔｈｅｆｉｌｌｅｔｐｒｏ

6、ｃｅｓｓｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｓｈｏｕｌｄｂｅｓｔｒｉｃｔｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｄｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｏｕｔｐｕｔｇｅａｒｓｈａｆｔａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｒｏｏｔR．Keywords：ｏｕｔｐｕｔｇｅａｒｓｈａｆｔ；ｆｒａｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｆａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｕｒｅ；ｗｅａｒ９３１０钢是国内外广泛使用的一种成本低且有非表1试验载荷及循环数Table1Loadconditionandcyclesofthetest常优异综合性能的轴类高强度

7、渗碳钢，不仅强度高、韧性好，而且有着高的淬透性和可焊性，因此常常用来制载荷分量加载载荷循环数／造各种截面尺寸较大、承受重载的渗碳传动构件，如航剪力F／轴向力弯矩M／扭矩Mｚ情况状态万次空发动机齿轮、齿轮轴、尾桨轴、汽车活塞销等［１］。ＮFｚ／Ｎ（Ｎ·ｍ）／（Ｎ·ｍ）某９３１０钢制造的输出齿轮轴试验件高周疲劳试静态０－７２８４０２３５２第１级３１．３验中，在前两级载荷作用下循环５１万次左右后，经第动态１３０８０４４５５２８９三级载荷８．４万次左右的循环，分解检查发现：在轴肩静态０－７２８４０２３５２第２级

8、２０．０R处发现一条裂纹，总循环次数远低于目的寿命，试验动态１７３２０７８６１２８９的加载情况和循环数见表１。该轴的轴肩经渗碳工艺静态０－７２８４０２３５２第３级８．４处理，轴肩处的轴承与输出齿轮轴试验件过盈配合，材动态１９９２０９０４０２８９料为４０ＣｒＮｉＭｏＡ钢纯刚性模拟陪试件。试验在室温下进行，模拟工作状态下输出齿轮轴承受的弯矩M、剪１检验内容与结果分析力F、扭矩Mｚ和轴向力Fｚ等载荷，弯矩M和剪力F1．1外观检查与断口宏观分析绕Z