文档介绍：第8章
实际构件失效分析实例
M5-36-
某厂M5-36-
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。
M5-36-:
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,
,经计算:
叶轮重量=8470N;危险截面计算扭矩
Mn=4581N·m;危险截面应力σmax= MPa。
45钢许用应力[σn]=55MPa,σmax<[σn]。
同时,根据行业标准,主轴临界转速系数应不小
,,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20μm左右;该轴的水平
振动为50~60μm,垂直振动为40~50μm,
均比其他四台风机振动大约30μm。标准规
定该类风机的振动要求(标准参数由使用厂
提供)为:20μm以下为优,40μm以下为
良,超过80μm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。