變扭器聯軸器膜片疲勞破壞的分析與處理

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

膜片應力分析

膜片是聯軸器的關鍵元件,由于軸線間偏移、傳遞轉矩、承受離心力,膜片工作時處于復雜的受力狀態。膜片作為彈性元件,膜片承受的負荷有:軸向偏移、傳遞轉矩、旋轉離心力、螺栓擰緊力、角向偏移、彎曲應力、膜面應力、離心應力、擠壓應力、彎曲應力。前4種為穩態應力,后均為交變應力,這里著重討論軸線間偏移和傳遞轉矩時膜片的應力。膜片變形是薄板彎曲問題,一般情況下,膜片承受的預變形是小變形,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,導致它們之間通過膜片的撓性可以有相對位移。當確定一個孔所在的位置是固定時,相鄰的兩孔處,由于預變形而導致法向作用力,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

膜片作為關鍵性元件,其疲勞壽命決定著膜片聯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力狀態。又由于膜片是個缺口件,其疲勞強度和壽命取決于應力集中(或應變集中)處的較大局部應力和應變(螺栓孔位置),因此,適宜用局部應力—應變法計算其疲勞裂紋萌生壽命。局部應力-應變法是近代在低周疲勞計算公式的基礎上,提出的新的疲勞壽命估算方法,認為只要較大局部應力應變相同,疲勞壽命就相同。局部應力-應變法估算出的是裂紋形成壽命。

由于支撐導向軸的鋼盤材質硬度不足,鋼盤上的定位孔在交變應力的長期作用下,首先出現了擴大變形,使導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時的動平衡,平均應力超過了鋼片內圓螺栓孔處的疲勞及限。一次的檢修只是簡單更換了鋼片,沒有發現和處理好導向軸定位的問題,以致重復出現該故障。再經過向生產廠家的了解:該批次的作業車原設計為康明斯NT855發動機和NICO變扭器裝配,后來生產廠家為了降低成本,致使飛輪和變扭器連接關系發生改變,因為原裝的導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向軸。

除了更換鋼片外,再更換變扭器的導向軸頭,在原件尺寸基礎上加長了6cm,使軸頭能直接放入飛輪中間的導向軸承孔,飛輪的鋼材為合金結構鋼35SiMn,強度符合設計要求;軸孔間隙控制在0.10mm以下;加長后的軸中間部位用尼龍套加以固定;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,新加工的導向軸選用了經過調質處理的45號鋼,硬度值經過測試,達到HBS285,使其能夠承受變扭器高速旋轉產生的交變應力而不變形。裝好后試車,變扭器旋轉平穩,變速箱各個檔位操作正常,車輛恢復了正常使用。又經過了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,達到預期的修 復目標。