轴的失效讲义.pptVIP

轴的失效 轴是一种金属杆—通常时实心圆柱形的，但有时也有空心的，它们常用来支撑旋转的部件或者通过转动或轴向运动传送动力或运动。 轴件的工作条件范围很广，其中包括充满灰尘或腐蚀性的气氛，其它类型的腐蚀环境以及从极低温度（如在北极或深冷环境）直到极高的温度（如燃气轮机） 轴件承受各种类型的载荷，如拉伸、压缩、弯曲或扭转或各种复合载荷。此外，轴件有时还承受振动应力。 断裂源 轴件失效起始于一些应力集中的部位。 1设计结构：键槽的端部、压配合件的边缘处、轴肩处的圆角和加油孔的边缘处。 2加工过程产生的应力集中包括磨削损伤、机械加工的痕迹或刻痕和热处理产生的淬火裂纹。 3（轴锻造成的）锻造产生应力集中源包括：表面的不连续性缺陷（如折叠、接缝、凹坑和表面下的缺陷（如破裂）） 4表面下的应力集中源可能是锻制轴件所用钢的凝固时造成的，一般它们是内部的不连续性缺陷，如缩管、偏析、疏松、皱缩和非金属夹杂物。 5断裂也可能由于轴承不对中引起， 6个别情况下，轴件也可能由于错用了材料而引起断裂。 失效轴件的检验一般思路 当检验一个失效的轴时，通常希望收集到尽可能多的有关该轴件的历史背景资料： 1设计参数：轴件的零件图和装备图，以及材料和试验技术规范。注意潜在应力提升源或应力集中点，还需要注意材料类型、机械性能、热处理、实验场所以及所用的非破坏检验和其他过程的技术要求。 2机械条件：一个轴时如何被支撑或装配在它的工作机构中，以及失效的轴件与其相结合另加你之间的关系。 3 工作历史 检查轴组合件的工作记录能了解到部件的安装。投入运转、检修和检查的日期。 了解这些详细资料后有助于指导研究失效的方向和改进措施。 初始检验：清洗、检验表面，确定大致失效范围和部位，注意任何一个可能的应力集中部位；确定是否存在有一种或多种断裂机制的迹象，表面有无次生裂纹、凹坑或缺陷；进行照相以记录。 宏观检验：确定断裂类型（韧性、脆性等）；在研究疲劳断裂时，对像海滩标记、条带标记、棘齿标记、快速断裂区以及裂纹起始位置等这些特征的宏观检验。 显微检验：在断面取金相试样，以便对断裂途径（穿or沿）进行分类，辨识裂纹萌生位置。金相检验还可显示出邻近断裂表面的金相组织、材料的晶粒度和存在的偏析、夹杂物、合金偏聚、晶界脆性相、脱碳和加工缺陷等。 扫描电镜和投射电镜检验：可根据断裂途径（穿、沿）、断裂机制（显微空穴聚合、撕裂、解理、疲劳）和断裂特征（韧窝、撕裂脊、河流花样、羽毛状、解理舌）对断裂进行分类。 物理试验和化学分析：有时，失效的主要原因是错用材料、热处理不当或在工作过程中性能发生变化。 作用在轴上的应力系 拉伸： 塑性：发生很大变形（伸长和缩颈），由芯部发生并逐步向表面扩展，最后与轴成45度角，以锥形剪切唇形式断裂。 脆性：断裂大体上垂直与拉应力方向，断口常常时粗糙的并且具有结晶状形貌。 扭转： 塑性：引起很大变形（但不明显，因为轴没有变形，显微滑移），断裂通常在垂直轴向的横截面上发生。在纯扭转时，最后断裂区在轴的芯部。 脆性：断裂方向垂直于拉升应力，与轴向成45°，最后断裂常呈螺旋状。 压缩：引起很大变形，将沿垂直于最大拉应力的方向断裂。 弯曲 ：当一轴受到弯曲应力是，中间凸起的表面处于拉升应力状态，下凹的表面则处于压缩应力状态。 疲劳失效 轴的疲劳通常可分为三种基本类型： 1弯曲疲劳，2扭转疲劳，3轴向疲劳。 弯曲疲劳又由弯曲载荷分为： 1单向的弯曲疲劳 2交变的弯曲疲劳 3旋转的弯曲疲劳 单向弯曲疲劳 承受沿长度均匀分布的变动单向弯矩的静止圆杆或轴件中，可根据一些局部应力提升源，确定疲劳源的轴向位置。 图A、B中表明具有单一的裂纹源，海滩标记以裂纹源相互对称，整个保持凹入弧形，在图A中所示的单一裂纹源和较小的最终断裂区，说明公称应力是较低的，图B中较大的最后断裂区则说明公称应力较高。 图C为几条单一裂纹源的典型疲劳。这些裂纹最后汇合形成单一裂纹前沿，这类多裂纹源的情况通常表面高公称应力。 当存在中等应力集中情况时，在较低公称应力下，断裂前沿从凹入形转为凸出性（图D ） ，在较高公称应力时，最后断裂之前，裂纹前沿变得平直，也可能不变为凸出形（E F）. 图 G H F 截面上产生严重应力集中时 反向弯曲疲劳（交变） 当所加的弯矩是反向时，轴上所有各点均承受交变的拉应力和压应力。当弯曲平面一侧各点处于拉伸状态时，相反的另一侧各点则处于压缩状态。 对于沿长度承受均匀分布反向弯曲的固定轴，在其表面上的典型的疲劳标记如图所示： a无应力集中 b 中等应力集中 c严重应力集中 旋转弯曲疲劳 特点： 1周缘上每一点都经受拉应力和压应力 2裂