文档介绍：第8章实际构件失效分析实例李春福西南石油大学材料科学与工程学院 M5-36- 风机轴断裂分析?某厂 M5-36- 风机在使用接近 7 年后,于 1999 年8月中旬发现风机轴偏斜, 轴径表面与风机罩发生摩擦。将该轴取下后发现在叶轮端支撑轴承面台阶处发生开裂, 表面裂纹宽度接近 2mm ,叶轮附近的轴表面磨损深度达 5mm 。于 1999 年 10 月 26 日将该轴断开,确定对该轴的断裂原因进行分析。 概况? M5-36- 风机原设计的部分参数: ?设计功率: 710kW ,电动机转速: 1480r/ min ,飞轮力矩: ·m,叶轮质量: 788kg ;主轴质量: 285kg ,主轴材料: 45 钢,轴长度: ;中心距: ,叶轮力臂长度: ,临界转速: 2221r/min ;转速系数: 。?风机主轴结构与尺寸,如图 8-1 所示。?风机轴受力分析与计算如图 8-2 所示。?经力学计算校核的部分数据: ?危险截面应力: ;强度系数: 。?在设备安装时,经设计、使用、制造单位同意, 将原设计的 19D 改为 ,经计算: ?叶轮重量=8470N ;危险截面计算扭矩 M n =4581N ·m;危险截面应力σ max = MPa 。? 45 钢许用应力[σ n ]=55MPa ,σ max <[σ n]。?同时,根据行业标准,主轴临界转速系数应不小于 ,该风机主轴的临界转速系数为 ,符合要求。?轴的断裂位置如图 8-1 所示。由图 8-2 的受力分析可知,其断裂面发生在轴的应力最大面上的台阶过渡处,即使用中的危险截面。检查发现该轴台阶处过渡圆角半径为 R5 ,但圆弧加工不光滑,在圆弧连接处存在较明显的“切根”现象,在此处可产生较大的应力集中。?另外,现场检测人员发现在使用中,该轴的振动较其他风机严重。其他风机的水平振动和垂直振动均为 20 μm左右;该轴的水平振动为 50~60 μm,垂直振动为 40~50 μm, 均比其他四台风机振动大约 30 μm。标准规定该类风机的振动要求(标准参数由使用厂提供)为: 20 μm以下为优, 40 μm以下为良,超过 80 μm为不合格。显见,该风机使用中的振动情况虽然在规定的合格范围以内,但已超出“良”的要求。 断裂过程分析?风机轴断口的宏观形态如图 8-3 所示,断口显示该轴的断裂为疲劳断裂性质。疲劳裂纹首先由轴近表面的三处缺陷处起源,然后在较低的旋转弯曲交变应力作用下,裂纹慢速扩展。裂纹扩展至轴半径的 1/2 处后,扩展加速,在断口上可观察到清晰的疲劳弧线, 疲劳弧线的圆心指向最后断裂区。