自卸车拐轴的断裂失效分析
摘要
轴是各种工程设备中最常见的部件,主要用来传递运动和动力,在设备的实际使用过程中,经常出现失效的情况,这不但影响了设备的正常使用,有时甚至给人类带来严重的危害,失效分析是可靠性工程的重要组成部分,也是保证产品可靠性而需建立的反馈系统的重要环节,因此,对轴进行合理的失效分析,对实际工厂具有十分重要的意义。
本文对拐轴的断裂原因及改进措施展开研究,首先对拐轴断口进行了宏观观察,初步判断出该断口属脆性疲劳断口;其次对材料进行了化学成分、机械性能和力学性能等方面的测试,得知该轴实际选材与设计中材料不一致,用35CrMo(按30CrMo调质)代替了30CrMo(按30CrMo调质);最后通过一系列电镜扫描照片进一步说明此拐轴的断裂确实是典型的脆性断裂,断裂的原因是轴根部有一道深约为1mm的槽,因选材不当、淬火工艺不当使该处变成了危险截面,成为了裂纹源,在工作时发生疲劳脆性断裂造成的。
本文利用理论计算的方法对轴的强度和疲劳特性进行了较核,说明了断裂的原因是应力和疲劳共同引起,还利用了ANSYS软件对拐轴进行了设计与实际情形的模拟建模,并对两模型进行了对比性的有限元分析,说明该轴的断裂原因确实是在1mm的槽位置出现了应力集中引起的,验证了失效分析的正确性。在此基础上,以减少应力集中为主要目标,对拐轴不合理的结构提出了改进意见,再利用ANSYS软件对改进后轴结构进行了进一步的有限元分析,验证了改进后轴结构的合理性。
The axle is one of the most familiar parts of engineering equipment. It is mostly used to transfer movement and power. But it usually appears failure during practical condition, which not only leads to the equipment unable to be used normally, but also does serious harm to people. The failure analysis is an important part in reliability engineering and an important tache of feedback system to ensure the production reliable. So doing rational failure analysis to axle is meaningful to practical factory.
The rupture reason and prevention are studied in this paper. At first, the broken surface of axle is done macroscopic observation. And it is brittle broken surface. Secondly, the chemical component, mechanical and dynamic capability are tested. It is concluded that the material of the axle is different to what we design. It uses 35CrMo instead of 30CrMo. Finally, a set of electricity-lens photos illuminate that the rupture is typical brittle rupture. The failure reason is the slot with the radius 1mm at the root of the axle. Improperly choosing material and mistaken quenching make it turn into dangerous section, crack fountainhead, and lead to fatigue brittle rupture during work.
The strength and fatiguyeproperty was checked in This dissertation by theoretical arithmetic,it indicated both the stress and fatigue were the couse of the axis rupture. The simulation of design and practice case is modeled using ANSYS software in this paper, and the contrasted finite unit analysis is done to the two modeling. It is explained that the failure reason is stress concentrated in the slot with the radius 1mm and the failure analysis is validated to be correct. Based on it, aiming to reduce stress concentrate, improved measure is brought forward, and ANSYS software is used to do further finite unit analysis and configuration of the axle after amelioration is proved rational.
本文对拐轴的断裂原因及改进措施展开研究,首先对拐轴断口进行了宏观观察,初步判断出该断口属脆性疲劳断口;其次对材料进行了化学成分、机械性能和力学性能等方面的测试,得知该轴实际选材与设计中材料不一致,用35CrMo(按30CrMo调质)代替了30CrMo(按30CrMo调质);最后通过一系列电镜扫描照片进一步说明此拐轴的断裂确实是典型的脆性断裂,断裂的原因是轴根部有一道深约为1mm的槽,因选材不当、淬火工艺不当使该处变成了危险截面,成为了裂纹源,在工作时发生疲劳脆性断裂造成的。
本文利用理论计算的方法对轴的强度和疲劳特性进行了较核,说明了断裂的原因是应力和疲劳共同引起,还利用了ANSYS软件对拐轴进行了设计与实际情形的模拟建模,并对两模型进行了对比性的有限元分析,说明该轴的断裂原因确实是在1mm的槽位置出现了应力集中引起的,验证了失效分析的正确性。在此基础上,以减少应力集中为主要目标,对拐轴不合理的结构提出了改进意见,再利用ANSYS软件对改进后轴结构进行了进一步的有限元分析,验证了改进后轴结构的合理性。
The axle is one of the most familiar parts of engineering equipment. It is mostly used to transfer movement and power. But it usually appears failure during practical condition, which not only leads to the equipment unable to be used normally, but also does serious harm to people. The failure analysis is an important part in reliability engineering and an important tache of feedback system to ensure the production reliable. So doing rational failure analysis to axle is meaningful to practical factory.
The rupture reason and prevention are studied in this paper. At first, the broken surface of axle is done macroscopic observation. And it is brittle broken surface. Secondly, the chemical component, mechanical and dynamic capability are tested. It is concluded that the material of the axle is different to what we design. It uses 35CrMo instead of 30CrMo. Finally, a set of electricity-lens photos illuminate that the rupture is typical brittle rupture. The failure reason is the slot with the radius 1mm at the root of the axle. Improperly choosing material and mistaken quenching make it turn into dangerous section, crack fountainhead, and lead to fatigue brittle rupture during work.
The strength and fatiguyeproperty was checked in This dissertation by theoretical arithmetic,it indicated both the stress and fatigue were the couse of the axis rupture. The simulation of design and practice case is modeled using ANSYS software in this paper, and the contrasted finite unit analysis is done to the two modeling. It is explained that the failure reason is stress concentrated in the slot with the radius 1mm and the failure analysis is validated to be correct. Based on it, aiming to reduce stress concentrate, improved measure is brought forward, and ANSYS software is used to do further finite unit analysis and configuration of the axle after amelioration is proved rational.
引文
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