液力變矩器輸出軸斷裂的處置

  1.斷裂故障

  兩臺推土機在工作了500?h后發生變矩器輸出軸斷裂的事故。更換了新輸出軸，增大了材料強度，同時還加強了對熱處理以及材料探傷的監控，提高了軸心部位的熱處理硬度。但是，兩個月后，另外兩臺同型號的推土機在使用600?h后也發生了類似輸出軸斷裂的事故。據悉，廠家曾對發動機進行過改型。顯然這種現象已經不是偶然事故，有必要對輸出軸的強度進行的校核并加以改型。

  2.斷裂原因

  經過綜合分析并考慮到公差的影響，大多數花鍵的至大應力在650?MPa左右。同時，通過對輸出軸的結構應力分析，可以看出所產生的至大應力，雖然比材料的許用至大應力值小，但會造成疲勞系數偏低(僅為1.6)，小于行業認可的至低值1.7。

  分析認為，材料成分、熱處理硬度、材料內部的探傷都沒有問題；花鍵斷裂不是由-于花鍵的齒被掰斷、壓潰，而是花鍵的基礎——軸的斷裂?；ㄦI斷裂不是由于靜應力結構強度不夠，而是由于疲勞強度不夠，使用壽命過短；軸的使用應力過大，盡管沒有大過材料極限，但系數太低，抗沖擊能力薄弱。所以，有必要增加該輸出軸的強度。

  3.改進方案

  如果加粗輸出軸，但由于輸出軸直徑受到裝配關系的限制，不可能大幅增加。輸出軸的薄弱環節是花鍵的小徑，可以通過增大花鍵小徑、花鍵齒的變位系數和選取合適的齒根圓角至大限度地提高花鍵小徑的強度。

  增加花鍵小徑就勢必要減小花鍵齒根圓角，但這樣做會帶來應力集中，為此，對花鍵的齒根圓角作了多個倒角方案比較，逐一進行有限元分析。結果表明在齒根圓角半徑為0.7?mm時，輸出軸所產生的至大應力比較均勻地分布于齒根和花鍵小徑處，同時至大應力值更小，為540?MPa，表明0.7?mm是本輸出軸花鍵的較佳齒根圓角半徑。在改進輸出軸的同時，將與輸出軸花鍵相配合的外花鍵也進行強度校核，并進行有限元計算，計算結果表明其至大應力遠遠小于材料許用值。

  該輸出軸通過上述改進，輸出軸上的至大應力由650?MPa降至540?MPa，強度提高20%，使用壽命是原輸出軸的4.5倍。改進后的輸出軸使用一年多再未出現過斷裂情況，說明解決方案是經得起實踐檢驗的，值得推鑒。