小型冲床曲轴构造原理及断裂分析

责任编辑:小机灵冲床  发布时间:2016-06-14
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  众所周知,小型冲床的主要旋转机件,装上连杆后,可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动,是冲床床身上的一个重要的机件,其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的,有两个重要部位:主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在床身上,连杆颈与连杆大头孔连接,连杆小头孔与冲床滑块连接,是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑,曲轴的旋转是冲床的动力源。也是整个机械系统的源动力。

  冲床曲轴断裂分析

  冲床运行转速约为54r/min,服役约半年后曲轴发生断裂。断裂发生在曲拐的轴颈处,该处直径为130mm。该断口表现较典型的疲劳断口形貌。即有三个区域:箭头所指的疲劳源区、呈现海滩波纹(贝纹)状的疲劳裂纹扩展区以及粗糙的瞬时最终破断区。

  疲劳源区:为一个以疲劳核心为焦点的非常光滑、细密、海滩花样不明显的狭小区域。这是裂纹在该区扩展速度很慢而且反复张开、闭合使断面磨光的缘故。

  疲劳裂纹扩展区:有贝纹线。这种花样的推进线标志着部件在交变应力下断口上留下的痕迹。断口表面由于多次反复挤压、摩擦,使该区域变得较光滑,有的甚至像细瓷状。贝纹线一般从裂纹源开始,向四周推进呈弧形,它垂直于疲劳裂纹扩展方向。

  瞬时断裂区:是疲劳达到临界尺寸发生快速破断区域。它相似于静载拉伸断口中放射区和剪切唇区,十分粗糙。对于脆性材料,该区为结晶状脆性断口。由于该区是最后断裂区,因此可推断部件断裂前的受载应力大小,即该区占比例小时,载荷相对也小,此时轴瞬断区面积较小。

  进一步分析可看到:疲劳源区与瞬时断裂区相对而且偏转一个角度,且均处于边缘,这些均表明为旋转弯曲疲劳断口。

  再从断面与轴线的关系考察。断口的疲劳源区,一部分疲劳扩展区(约断口的3/5)均与轴线垂直,而另一部分扩展区以及瞬断区与轴线约成45°。这后一部分又表现出扭转疲劳断口形态,而且是正断型。

  综合以上分析可知,该曲轴是疲劳断裂,开始主要为旋转弯曲疲劳开裂,发展到后期表现出带扭转的复合疲劳断裂。

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