首页分享花键轴断裂原因分析

花键轴断裂原因分析

来源：花匠小妙招时间：2024-12-07 17:14

2013年2月第8卷第1期失效分析与预防February2013Vol8No1

收稿日期2012年8月7日修订日期2012年11月17日作者简介刘松1979年男工程师主要从事金相及失效分析等方面的研究。花键轴断裂原因分析刘松(中航工业南京机电液压工程研究中心南京211106)摘要通过对断裂花键轴断口的宏微观形貌、材料化学成分、金相显微组织、硬度及形状尺寸进行了测试与分析并应用理论计算和有限元模拟分析确定了花键轴的断裂性质及断裂原因。结果表明该花键轴的断裂性质为扭转疲劳断裂花键轴发生扭转疲劳断裂可能与共振有关另外花键轴花键与机匣内花键啮合间隙不当和断裂处轴径尺寸偏小均为促进其扭转疲劳断裂的影响因素。关键词花键轴扭转疲劳共振中图分类号TK442TH1332文献标志码Adoi103969/jissn1673-6214201301007文章编号1673-6214201301-0030-05FractureAnalysisofSplineShaftLIUSongAVICNanjingEngineeringInstituteofAircraftSystemsNanjing211106ChinaAbstractThefracturefailuremodeandcauseofasplineshaftwereanalyzedbymeansoffractureobservationchemicalcompositionanalysismetallographicexaminationanddimensiontestingTheoreticalcalculationandfiniteelementanalysiswerealsoperformedTheresultsshowthatthefracturemodeistorsionfatigueThetorsionfatigueofthesplineshaftwasrelatedwithresonancevibrationTheunsuitablemeshingbetweensplinesandsmallershaftdiameterpromotedthetorsionfatigueKeywordssplineshafttorsionfatigueresonancevibration0引言花键轴可分为矩形花键轴和渐开线花键轴两大类是机械传动的一种和平键、半圆键、斜键作用相同均起传递机械扭矩作用。其具有承载能力高、对中性、导向性好、互换性强、应力集中小等特点因而广泛应用于飞机、汽车、拖拉机、机床制造业、农业机械等领域。随着花键轴的广泛使用相应地出现花键轴断裂失效案例及相关分析研究1-4。花键轴是传动零件因而其失效往往会造成重大机械事故。飞机发动机用花键轴是燃油增压泵的关键零件其主要作用是将发动机的一部分动力传递给燃油增压泵机匣和燃油增压泵通过花键轴连接在一起如果花键轴断裂将直接导致燃油增压泵功能丧失。某型燃油增压泵花键轴工作过程中发生断裂该花键轴花键为渐开线式花键材料为38CrMoAlA钢花键表层经渗氮处理。花键轴为单向传动转速约为8630r/min燃油增压泵的最大功率为42kW。本研究通过对花键轴宏观形貌和断口进行观察与分析对花键轴的材料成分、金相组织及形状尺寸进行测试并应用理论计算和有限元模拟分析以确定花键轴的断裂性质及原因。1试验过程与结果11宏观检查花键轴断裂位置如图1所示断裂处位于靠近与机匣内花键配合端的花键轴最小轴径处。花键轴与机匣内花键配合的花键明显有双面接触痕迹存在图2a而与燃油增压泵内花键配合的花键只有单面接触痕迹图2b。该花键轴为单向传动花键应只有单面接触痕迹。因而通过花键的接触痕迹可以推断花键轴花键与机匣内花键啮合间隙可能有问题。