曲轴再制造毛坯连杆轴颈表面损伤对剩余疲劳寿命的影响*

为研究曲轴连杆轴颈表面损伤与曲轴再制造毛坯剩余疲劳寿命的相关性,基于有限元仿真计算获得的曲轴过渡圆角应力分布结果,选取含表面自然缺陷和人工预制缺陷的废旧曲轴,在谐振式弯曲疲劳试验台上进行曲轴弯曲疲劳试验。采用金相显微镜和扫描电镜观察疲劳断口处的组织和形貌,分析讨论表面缺陷对剩余疲劳寿命的影响。研究结果表明:废旧曲轴剩余疲劳寿命对于缺陷位置的敏感程度高于缺陷尺寸,连杆轴颈表面氮化层的剥落造成废旧曲轴剩余疲劳寿命显著降低。     

基于NcodeDesignlife的高铁牵引电机轴承疲劳寿命预测

针对高铁牵引电机轴承在工作过程中出现的疲劳剥落现象,通过有限元理论和疲劳分析理论相结合的方法对轴承进行了疲劳寿命预测。将轴承静力学仿真结果作为疲劳分析模型,轴承多体动力学仿真结果应力-时间历程为疲劳分析的载荷循环。使用Ncode Designlife疲劳分析软件对轴承进行了疲劳寿命预测,得到疲劳寿命云图及疲劳损伤云图,预测了轴承疲劳寿命。进行了轴承台架疲劳寿命试验,仿真结果与试验结果平均误差为7.5%,验证了仿真结果的合理性及准确性。     

热轧辊轴承失效分析

通过对热轧辊轴承失效件的化学成分，金相组织，夹杂物观察，表层碳浓度和表面硬度测量，剥落块显微形貌分析，结果表明轴承工作面产生早期失效的原因是：较大尺寸的夹杂物在切应力的作用下萌生微型纹成为疲劳源，疲劳裂纹倾斜扩展至表面从而导致轴承圈工作面产生剥落损伤。     

航空发动机低压轴前支点轴承内圈剥落故障分析

航空发动机低压轴前支点轴承试车故检时发现内圈剥落。通过采用故障树分析方法对故障轴承进行失效分析,找到剥落原因。首先检测原材料化学成分,然后针对加工过程中与产生剥落有关的锻造、热处理和磨加工工序,分别对剥落内圈内部缺陷,硬度和淬回火组织,滚道表面形貌与残余应力进行检测分析,最后得出轴承剥落原因为锻造缺陷引起的疲劳剥落。通过增加锻件水浸超声检测的过程控制,可防止缺陷产品流出。     

涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展分析

基于有限元软件ABAQUS和三维裂纹扩展分析软件Franc3D,对涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展进行研究分析。首先,对平板试样表面裂纹进行裂纹扩展模拟计算研究,对比手册中Gross/Brown理论模型验证裂纹扩展应力强度因子数值模拟的准确性;其次,针对涡扇发动机涡轮盘结构,对轮盘不同外缘等效应力、转速情况的应力强度因子以及考虑初始缺陷的三维疲劳裂纹扩展寿命进行计算;最后,讨论发动机载荷差异对应力强度因子和裂纹扩展寿命影响规律。结果表明:在相同裂纹长度时,应力强度因子随着轮盘外缘等效应力和转速增加而增大,载荷越大疲劳寿命则越短,且裂纹越长,影响越大。为工程上三维裂纹扩展计算以及寿命评估提供参考。     

航空发动机轴承剥落分析

航空发动机轴承在使用过程中出现早期剥落。采用宏观检验、化学分析、力学性能测试、金相检验、能谱等手段对轴承内滚道表面剥落原因进行了分析,结果表明:剥落轴承内圈存在锻造过烧,形成孔洞缺陷,破坏了金属连续性,降低了轴承接触疲劳强度,在交变应力的作用下,以孔洞为核心,其周围形成“蝶形”组织,产生显微裂纹向滚动接触表面扩展,形成剥落,引起轴承疲劳失效。由此提出,通过控制锻造工艺及增加锻造缺陷的检测手段来防止锻造过烧,进而提高轴承使用寿命。     

数控机床主轴轴承失效分析

某数控机床主轴轴承运行613 h后出现振动异常,发现失效轴承个别钢球表面存在明显损伤痕迹,通过宏微观观察,化学成分分析,能谱分析等方法对钢球表面的损伤痕迹进行研究。结果表明,由于金属异物颗粒进入轴承,异物与钢球发生粘着磨损,随着粘着磨损作用加剧,在钢球表面产生“白层”,“白层”内部萌生接触疲劳裂纹,疲劳裂纹扩展使钢球表面剥落,形成剥落坑,引起轴承失效。失效轴承的各部件硬度差值超出标准,加速了轴承的失效。因此建议对轴承添加防尘盖或密封圈,提高润滑油脂的洁净度,避免外界异物污染轴承引起失效,并在实际生产中加强轴承材料的质量控制。     

回火焊道技术在含缺陷或损伤部件修复中的应用

采用回火焊道(TBW)技术,对含缺陷和损伤的电站锅炉汽包、除氧器进行了焊接修复。修复后检测表明,TBW修复接头金相组织与焊后热处理(PWHT)修复接头无显著差异,缺陷在修复过程中未扩展,但TBW修复接头的残余应力显著高于PWHT修复接头。分析修复结果认为,TBW技术可应用于含缺陷或损伤部件的焊接修复。应用的技术要点,其一是采用相应的控制措施避免缺陷或损伤在修复过程中发展,如在操作可达时消除焊接热和焊接应力影响区域内的缺陷或损伤,降低焊接残余应力等;其二是根据坡口形状和尺寸合理布置焊层道,以保证接头的回火效果。     

基于多体动力学的圆柱滚子轴承局部损伤分析

为研究存在局部损伤下轴承系统的振动响应特征，基于多体动力学方法建立了可预测轴承局部缺陷尺寸、位置和形状的动力学模型，分析了缺陷参数对轴承振动的影响机理。研究结果表明，轴承的振动响应随着缺陷尺寸的增加而逐渐增大；随着缺陷位置远离最大承载区而逐渐减小；矩形缺陷的振动响应最大，三角形缺陷次之，圆形缺陷振动响应最小。通过台架试验得到圆柱滚子轴承振动响应与局部缺陷尺寸及位置的关系，并与仿真结果进行比较，验证动力学分析的合理性，为探寻轴承早期故障机理提供理论参考。     

应力比对含缺陷选区激光熔化TC4合金稳态疲劳裂纹扩展速率的影响

选择含有2种不同微观缺陷的选区激光熔化TC4合金，定性研究了缺陷尺寸对稳态阶段疲劳裂纹扩展速率的影响规律，并对缺陷尺寸较小的合金，在不同应力比(R=0.1、0.3和0.5)下进行稳态阶段疲劳裂纹扩展速率对比研究。在疲劳裂纹扩展速率(da/d N，其中，a为裂纹长度，N为应力循环周次)和应力强度因子范围(ΔK)关系的基础上，利用Paris公式拟合分析，结果表明，缺陷尺寸增大导致da/d N增大，即Paris公式中的系数m不变，C增大；而随着R增大，ΔK减小，da/d N增大，同时da/d N曲线在低ΔK时汇集，即Paris公式中的系数m增大，C减小，且m和lg C之间存在线性关系，该关系不受R的影响。最终结合疲劳损伤机制，对微观缺陷和R引起的不同变化规律进行了分析。     

谐波减速器用柔性轴承疲劳寿命实验与失效分析

柔性轴承是谐波齿轮减速器的重要组成部分。为了研究柔性轴承的失效特性，研制了一种可进行柔性轴承疲劳寿命实验的专用试验机。该试验机的加载装置能够与柔性轴承的内圈一起旋转，并可在外圈主轴两端同步施加载荷。通过对四套柔性轴承进行疲劳寿命试验，观察到了几种柔性轴承的失效现象。实验后测量了沟道的宽度，深度和表面粗糙度。实验结果表明:柔性轴承的内圈仅在主轴末端出现磨损和疲劳剥落现象，而外圈可能出现疲劳断裂和剥落现象。 此外，还发现柔性轴承套圈沟道的磨损是不均匀的。     

风电齿轮箱高速轴多支承轴系耦合振动研究

风电齿轮箱高速轴轴承的振动是造成风电机组安全隐患的重要因素,而轴系的耦合作用会对轴承振动产生重要影响。以某750 kW风电齿轮箱高速轴多支撑轴系为研究对象,基于中心差分法提出一种用于分析多支承轴系耦合振动的建模方法,并通过MATLAB进行了模拟计算。结果表明：耦合模型比非耦合模型轴承振动幅度小;不同轴承的接触力不同,且载荷作用点越靠近轴承接触力越大;当载荷作用点在靠近单轴承的一侧时,会出现接触力远大于另一侧的双轴承的情况。     

GCr15钢轴承残留奥氏体、尺寸精度及疲劳寿命试验研究

对7205C/P5精密轴承和7205C/P4超精密轴承进行了工艺试验,并对不同的轴承热处理工艺,其残留奥氏体含量对尺寸精度稳定性及轴承疲劳寿命的影响进行试验研究,提出了GCr15钢制超精密轴承残留奥氏体的控制量.     

轴向柱塞泵疲劳损伤分析及寿命预测

轴向柱塞泵工作环境恶劣、工况复杂,柱塞在柱塞腔内做往复直线运动,承受着复杂的交变应力,疲劳损伤是其常见的失效形式之一。为了分析柱塞泵的疲劳损伤、预测其剩余寿命,提高其运行的安全可靠性,提出柱塞泵疲劳损伤分析及寿命预测方法。建立柱塞泵的刚-柔-液耦合模型,进行联合仿真并分析;基于Miner疲劳累计损伤理论,运用ANSYS Workbench软件及nCode模块,得到柱塞的疲劳损伤云图和疲劳寿命云图,对柱塞泵疲劳损伤的薄弱部位以及剩余寿命进行分析,最后探究了主轴转速、工作压力对柱塞泵疲劳损伤及剩余寿命的影响。结果显示：在典型工况下,柱塞的疲劳寿命约为7 448.8 h,基本可以满足柱塞疲劳寿命要求。     

The effect of surface modification on fretting fatigue in Ti Alloy turbine components

Severe fretting damage has been observed on the pressure surfaces of fan and compressor blade dovetails/disks in an aerospace gas turbine engine. A study has been carried out to evaluate the effect of an ion implantation technique in combination with the presently used surface treatments, such as shot peening and coating, on the fretting fatigue life of titanium alloy gas turbine engine components. The results from fretting fatigue tests, residual stress measurements, and nanoindentation tests were used to quantitatively evaluate the effect of various surface treatments on the fretting fatigue life of the fan blade and disk materials. Results from microstructural characterization and analyses of elemental and phase distributions within the implanted region are used to understand the effect of ion implantation on the surface properties of the alloys. Finally, an attempt has been made to evaluate the potential for improving the fretting fatigue life of the engine components using various surface modification techniques.     

滚动轴承接触疲劳失效的影响因素及其研究现状

滚动轴承接触疲劳失效是滚动轴承的主要失效形式之一。本研究以轴承的制造过程和服役过程为主线，从材料质量、加工工艺、热处理质量、表面状态、润滑状态、设计与装配、服役环境及条件等方面，概括滚动轴承接触疲劳失效影响因素的研究现状，并展望其发展趋势。研究认为，滚动轴承接触疲劳失效是多因素耦合作用的结果，提高滚动接触疲劳寿命应从轴承全寿命周期，包括设计、制造、精度控制以及润滑、装配、服役等各方面进行控制。由于服役特征不同，滚动轴承接触疲劳失效分析必须针对具体失效轴承进行综合分析，才能采取有效的预防措施。     

8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳试验研究

为了评价当前工艺水平航空主轴承用8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳性能,以9.525 mm直径的8Cr4Mo4V材料钢球为研究载体,采用五球疲劳试验机开展不同应力水平下接触疲劳试验,对试验失效钢球通过失效模式与失效断口演变形式分析,确定试验数据有效性,同时提出简单程序数据处理方法对试验数据进行分析,获得不同失效概率下的钢球疲劳寿命并形成P-N疲劳曲线。结果表明:当前工艺水平航空主轴承用8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳寿命是国外1992年试验国外材料钢球疲劳寿命的3倍以上;通过对9.525 mm直径8Cr4Mo4V材料钢球疲劳试验数据分析,求解出应力寿命函数的待定系数,可预测出不同应力水平下的接触疲劳寿命。     

平整机支承辊四列圆柱滚动轴承失效分析

针对发生在某冷轧连退平整机支承辊四列圆柱滚动轴承多次发生的断裂剥落失效事故,对事故原因进行分析表明：在距轴承外圈滚道面7mm处,存在剪应力集中;中间两列滚动体比两边滚动体受力大。采用加大中间两列滚动体游隙方法,均分载荷;采用新材质,提高剪切强度安全系数。改进后,轴承使用寿命明显提高。     

涡轮冷却器风扇叶片断裂分析

针对飞机环控系统主要制冷部件涡轮冷却器风扇叶片断裂的问题,通过对涡轮冷却器故障件的整体外观检查、分解检查、风扇叶片断口分析、风扇叶轮背面摩擦痕迹分析、风扇端轴承、涡轮端轴承损坏程度、轴的硬度检测及轴强度校核,确定风扇端轴承为首先失效件。在此基础上,以风扇端轴承失效为顶事件,综合运用仿真分析、负载波动试验、硬度检测、轴承超温试验及无润滑失效试验等方法,对风扇端轴承失效原因进行分析,结果表明:轴承弯曲变形导致风扇叶轮刮蹭断裂;轴承变形失效的原因为缺油导致润滑不良,发生干磨,温度异常升高;缺油的主要原因是使用维护方法不当。并根据失效分析结果提出改进措施。