轴的失效分析

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1、轴的失效分析随着工业领域越来越复杂化，好像是在操作中面临着越来越少的机械轴损坏。当轴发生损坏时，对于轴的损坏分析仍有许多理论说法。是否与电机、泵或任何其他类型的机械设备有关，轴的失效分析经常被误解，经常被认为是分析比较困难，且投入比较大。但是，对于大多数机械轴，分析都是相对简单的。这是因为失效为我们提供了强有力的线索及轴的受力大小和方向，轴的失效部分告诉了我们究竟发生了什么。一般情况下共有四种机械失效方式：腐蚀、磨损、过载和疲劳,腐蚀和磨损这两种失效方式一般不会导致机械轴失效，但能留下明显的迹象。对于其他两种失效方式，疲劳失效是更普遍的。（注意：很多次腐蚀将

2、连同疲劳载荷导致轴失效），本篇文章将重点关注过载和疲劳这两种失效方式。过载失效过载失效是由于存在超过轴本身材质的抗拉强度和屈服强度的外力导致的。过载失效的是否出现取决于轴本身材质的脆性和韧性。轴的材质没有绝对的脆性和绝对的韧性。轴几乎应用在所有的电机、减速机、风机中，材质一般为低碳钢和中碳钢，材质相对韧性,结果是当有一个过载外力，他们会变的扭曲和弯曲。如图：TENSIONOriginalBrittleDuctileCOMPRESSION特别注意：何时会出现失效外力？在诊断中，要确认是通过哪一个途径导致的失效，关键的一点是过载失效往往是集中载荷导致，疲劳失效往

3、往是重复加载导致。这意味着如果是因过载导致轴失效的话，在断裂前导致失效的外力往往是瞬间产生的。相反，如果疲劳失效是罪魁祸首的话，那么在轴失效前导致失效的力已经应用了数百万个周期了。偶尔会有一些特殊情况，韧性轴会因脆性失效断裂，图二显示了这样一个实例，一个200马力，转速为3600r/分钟的电机突然停止运行，结果是一个巨大的扭转应力导致了轴的断裂，但是电机轴的材质是韧性的，裂缝角度也不是图一中显示的45度，且键槽有一个明显的变形。所以，当韧性材质非常迅速的严重超载，他会以脆性材质方式失效。Photo1.Thisshafthasbeengrosslyoverlo

4、adedbyatorsionalstress.Photo2.Occasionally,aductileshaftwillfailinasomewhatbrittlemannerasthisonedidona200hpf3600RPMmotorthatsud・denlystoppedrunning.幸运的是，机械轴的脆性断裂是极少见的。所有的脆性断裂，他们具有表面相对统一的特性一一裂缝角度是一个恒定值，“锯齿形标记”表面形状是明显的。Photo3展示的是一个大型减速机输入轴的脆性断裂。“锯齿形标记”是在表面有精细的波状纹，并且所有点均在键槽的左边。偶尔，一部分

5、机械轴为了减少磨损率将轴表面硬化（表面硬化通常是为了达到耐磨的目的），Photo4展示了一个液压泵轴的花键部分的表面硬化，包括其硬化情况及优于大多数轴质地的环状外圈。基于这个裂缝贯穿机轴，导致失效原因可能会与弯曲或张力有关，他的相当均匀的表面形状虽然显示为脆性断裂，仍意味着他是有一个集中力导致的。此外，因为不可能有一个主要的张力作用在花键上，所以,分析者肯定的说是一个集中弯曲力导致的失效。Photo3.Thisbrittlefracture,showingchevronmarksjusttotheleftofthekeyway,occurredwhenthe

6、inputshaftofalargereducerwasdropped.Photo4・Thiscase-hardenedsplinedsectionofahydraulicpumpshaftshowsevidenceofabrittlefracturecausedbyasinglebendingforce.疲劳失效疲劳是由于周期应力导致的，并且导致疲劳失效的应力远小于导致变形的应力。腐蚀亦将会减少材料的疲劳强度，减少的数量取决于腐蚀的严重程度和应力数量。一旦他们是肉眼可见的，裂缝总是沿着垂直于最人应力平面方向发展。Figure2展示了四种常见疲劳应力引起的断

7、裂面，因为随着裂纹的增长，部分特性将会改变，所以对于分析者，仔细分辨出决定应力方向的失效开始点的位置是至关重要的。例如，虽然扭转疲劳应力引起失效是常见的，但是大多数的裂缝扩展可能是由于张力，这是因为轴已经被削弱，扭振频率被改变。InternalPressureBendingTensionFig.2.Fractureplanescausedbyfourcommonfatigueforces:Becausethesectionpropertieswillchangeasthecrackgrows,itsimportanttolookcarefullyatthep

8、ointwherethefailurestartst