變扭器聯(lián)軸器膜片疲勞破壞的分析與處理

變速箱聯(lián)軸器膜片出現(xiàn)多次斷裂,根據(jù)故障現(xiàn)象,分析原因,找到存在的缺 陷,進行了正確的改進和變換處理,避免了重復(fù)使用配件帶來的經(jīng)濟損失,為同類機型的問題處理探索出一條新方案,產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益。

膜片應(yīng)力分析

膜片是聯(lián)軸器的關(guān)鍵元件,由于軸線間偏移、傳遞轉(zhuǎn)矩、承受離心力,膜片工作時處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。膜片作為彈性元件,膜片承受的負(fù)荷有:軸向偏移、傳遞轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)離心力、螺栓擰緊力、角向偏移、彎曲應(yīng)力、膜面應(yīng)力、離心應(yīng)力、擠壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力。前4種為穩(wěn)態(tài)應(yīng)力,后均為交變應(yīng)力,這里著重討論軸線間偏移和傳遞轉(zhuǎn)矩時膜片的應(yīng)力。膜片變形是薄板彎曲問題,一般情況下,膜片承受的預(yù)變形是小變形,采用小撓度理論來處理。膜片上相鄰兩孔的螺栓分別與兩端軸和中間軸的凸沿相連接,即螺栓相間反向布置,導(dǎo)致它們之間通過膜片的撓性可以有相對位移。當(dāng)確定一個孔所在的位置是固定時,相鄰的兩孔處,由于預(yù)變形而導(dǎo)致法向作用力,對隔過一個孔的第三孔,又可為固定約束。

膜片疲勞壽命分析

膜片作為關(guān)鍵性元件,其疲勞壽命決定著膜片聯(lián)軸器的正常使用壽命。上面由有限元分析,可求得膜片所受的應(yīng)力狀態(tài)。又由于膜片是個缺口件,其疲勞強度和壽命取決于應(yīng)力集中(或應(yīng)變集中)處的較大局部應(yīng)力和應(yīng)變(螺栓孔位置),因此,適宜用局部應(yīng)力—應(yīng)變法計算其疲勞裂紋萌生壽命。局部應(yīng)力-應(yīng)變法是近代在低周疲勞計算公式的基礎(chǔ)上,提出的新的疲勞壽命估算方法,認(rèn)為只要較大局部應(yīng)力應(yīng)變相同,疲勞壽命就相同。局部應(yīng)力-應(yīng)變法估算出的是裂紋形成壽命。

由于支撐導(dǎo)向軸的鋼盤材質(zhì)硬度不足,鋼盤上的定位孔在交變應(yīng)力的長期作用下,首先出現(xiàn)了擴大變形,使導(dǎo)向軸頭的離心慣性力加大,然后反過來破壞了變扭器高速旋轉(zhuǎn)時的動平衡,平均應(yīng)力超過了鋼片內(nèi)圓螺栓孔處的疲勞及限。一次的檢修只是簡單更換了鋼片,沒有發(fā)現(xiàn)和處理好導(dǎo)向軸定位的問題,以致重復(fù)出現(xiàn)該故障。再經(jīng)過向生產(chǎn)廠家的了解:該批次的作業(yè)車原設(shè)計為康明斯NT855發(fā)動機和NICO變扭器裝配,后來生產(chǎn)廠家為了降低成本,致使飛輪和變扭器連接關(guān)系發(fā)生改變,因為原裝的導(dǎo)向軸長度就相對短了6cm,沒法裝配到濰柴615的飛輪定位孔里;不得已根據(jù)裝配的需要,才在飛輪上加裝了一個連接鋼盤,來支撐那根較短的導(dǎo)向軸。

除了更換鋼片外,再更換變扭器的導(dǎo)向軸頭,在原件尺寸基礎(chǔ)上加長了6cm,使軸頭能直接放入飛輪中間的導(dǎo)向軸承孔,飛輪的鋼材為合金結(jié)構(gòu)鋼35SiMn,強度符合設(shè)計要求;軸孔間隙控制在0.10mm以下;加長后的軸中間部位用尼龍?zhí)准右怨潭?軸孔接觸面清潔后涂抹潤滑油,滿足曲軸軸向運動需要;連接螺栓嚴(yán)格遵循原廠力矩要求和擰緊順序。這樣處理,就同時解決了定位孔的強度、曲軸與變扭器的同軸度等兩大問題;改制零件涉及到材料性能的變化,為了使其綜合機械性能接近原廠件,新加工的導(dǎo)向軸選用了經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45號鋼,硬度值經(jīng)過測試,達到HBS285,使其能夠承受變扭器高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交變應(yīng)力而不變形。裝好后試車,變扭器旋轉(zhuǎn)平穩(wěn),變速箱各個檔位操作正常,車輛恢復(fù)了正常使用。又經(jīng)過了8個月的施工運行后,從觀察孔處檢查,連接鋼片依然完好如初,達到預(yù)期的修 復(fù)目標(biāo)。