循环泵主轴挠性疲劳断裂与裂纹的产生机理

　　近日，我公司收到一件用户返修的循环泵主轴，轴上有明显的裂纹，可以看出这是一种典型的挠性断裂，我公司就该主轴的破损表现进行了一次案例分析。
　　根据技术员对挠性轴断口形态的观察，且挠性破坏时的大应力水平远低于极限静强度和材料的屈服极限，从断裂处可以看出挠性轴的断裂具有明显疲劳断裂失效特征。在交变载荷作用下，任何类型的缺陷都将会演化成裂纹。裂纹在循环载荷作用下疲劳扩展直至失稳断裂所经历的时间是构件寿命的重要组成部分。在实际操作工况下，轴与叶轮连接处的横向挠度是波动的，同时挠性轴材料选用高强度钢，资料表明其断裂韧性的分散性也比较大。考虑到这些不确定因素，如果用确定性的计算方法来求解，将会使计算结果在参数分布小时偏于保守，在参数分布大时又变得不安全。因此本文将运用概率方法进行计算，以客观反映挠性轴寿命的实际情况。在挠性轴加工过程中，由于切削刀痕、表面撕裂、振动和摩擦等原因，不可避免地会在其表面产生微观的高低不平的加工痕迹，所以，在分析挠性轴疲劳裂纹扩展寿命时，由加工精度来决定挠性轴表面的初始缺陷，弯曲作用下，圆柱体表面裂纹几何形状因子的给出的有限元分析结果：假设挠性轴表面除加工痕迹外，无其它缺陷，则初始裂纹长度应由加工精度确定。挠性轴光洁度等级为4，相对应的轮廓大高度R廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离为25 Lm，故取此值作为初始裂纹长度a的值。可以计算出失稳扩展临界裂纹尺寸参数的随机特性：抽样理论对随机变量进行抽样以计算挠性轴寿命，其应用关键是设法给出所需分布随机变量的通用抽样方法，这可以通过建立一个变换，将均匀分布随机变量的抽样变换成该分布的随机变量抽样来实现。