某公司破碎設(shè)備上使用的KPBV150減速器二級行星輪運行兩年發(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,因此首先對發(fā)生斷裂的齒輪內(nèi)孔表面進行了探傷,然后采用宏觀觀察、微觀觀察、化學成分分析等方法對斷裂的減速器二級行星輪的斷口進行斷口分析,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。 通過進行齒輪材料的力學性能試驗,獲得材料抵抗外載尤其是疲勞載荷的力學性能參數(shù),作為預(yù)測齒輪結(jié)構(gòu)疲勞壽命的材料參數(shù)依據(jù)。其中,通過對齒輪材料進行拉伸試驗,獲得齒輪材料的靜強度、延伸率、斷面收縮率等材料靜強度性能參數(shù)。通過對齒輪材料進行疲勞試驗,采用升降法獲得材料的疲勞極限。通過對齒輪材料進行斷裂性能試驗,獲得材料的斷裂韌性、疲勞裂紋擴展門檻值等斷裂性能參數(shù),并通過對疲勞裂紋擴展試驗數(shù)據(jù)的回歸分析,擬合疲勞裂紋擴展公式。 綜合考慮實際運行情況下,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,計算齒輪內(nèi)孔的實際應(yīng)力。最后采用“損傷容限設(shè)計”的斷裂力學理論,對齒輪結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行預(yù)測。計算結(jié)果表明,疲勞裂紋擴展壽命要低于齒輪結(jié)構(gòu)的實際運行壽命,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,要更精確的計算具有材料缺陷的齒輪結(jié)構(gòu)疲勞壽命,還需對基于該種材料缺陷的疲勞裂紋萌生機理及模型進行進一步研究。
【學位單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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階段擴展及疲勞條帶的形成機理，其中被人們普遍接受的是Laird提出的裂尖塑性鈍化模型。該模型認為，每個循環(huán)載荷中疲勞裂紋向前擴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行疲勞試驗時疲勞條帶消失的現(xiàn)象。Neumalm提出了疲勞裂紋擴展的裂尖滑移模型，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，這是因為在裂紋張開時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)定擴展階段形成的與裂紋擴展方向垂直的弧線，是疲勞裂紋瞬時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)還存在一個副裂紋，主裂紋由完整的裂紋源區(qū)、擴展區(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)生的時間比較靠后，對斷裂起主要作用的是主裂紋。一般情況下，在一個斷面上出現(xiàn)兩個或以上的裂紋源是由于交變載荷較高或斷口上存在多個應(yīng)力集中部位或材料存在多個不連續(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)裂紋擴展緩慢，斷面平坦、光滑、細密。由于裂紋源區(qū)暴露于介質(zhì)中的時間最長，氧化、腐蝕較重

【參考文獻】

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本文編號：2832092