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弹簧弯曲疲惫断口特征

弹簧弯曲疲惫断口特征
  按照所受载荷的特点,疲惫断口可分为弯曲疲惫、轴向(拉-拉,拉-压或脉动)疲惫断口、扭转疲惫断口及复合疲惫断口,其中以弹簧弯曲疲惫断口最为常见,纯粹的轴向疲惫断口较少见。弹簧弯曲疲惫断口征为:
  
    因在疲惫载荷作用下;最大正应力总是呈现在表面处,所以弹簧弯曲疲惫断口的共性特点是疲惫核心绝大多数都在表面形成,然后沿与最大.I}应力相垂直的标的目的扩展,裂纹达到临界尺寸后,构件迅速断裂。但是,弯曲疲惫载荷随时间的变化规律是不同的,相应的变形及疲惫断裂机理也各具特点,可以归纳出单向弯曲疲惫、双向弯曲疲惫和旋转弯曲疲惫。现以圆截面轴类零件为例,别离介绍如下。
  
 。1)单向弯曲疲惫
  
  单向弯曲疲惫的受力及变形特点.见图6-2,其截而上的正应力沿截面高度按线性分布,表面处A点和B点上别离有最大的拉应力和压应力,且它们仅受单向应力作用,A点上拉应力随时问的变化如图6-2c。示。疲惫源都在此处产生,如无应力集中,裂纹由核心向周围扩展的速度基本不异,形成如图6-2(a)示的贝纹线,最终在疲惫核心的对侧失稳断裂。若有应力集中的条件,如轴类零件的台阶部门,因台阶根部应力集中较大,疲惫裂纹在靠近表面的两侧扩展迅速,便形成如图6-2(b)所示的断口形态,瞬时破断区的面积比无应力集中现象的大。
  
 。2)双向弹簧弯曲疲惫断口
  
  双向弯曲疲惫时的疲惫载荷(弯矩)及变形如图6-3所示,在这种双向交互作用的弯矩作用下以中性轴为界,构件的上下两部门将别离受到拉、压两向交变应力的作用,在离中性轴最远的表面处呈现最大正应力。若M+=M-,则中性轴两侧最远处的最大正应力相等。通常将在这两处的表面同时产生疲惫源,并同时向内扩展,扩展深度也人致拓等。若有应力集中,则其断口形态如图6-3(b)所示,两个裂纹的前沿均呈外凸状,且瞬断区较大。若M+≠M-,则中性轴两侧最远处的最大应力等值反向,如图6-4所示。例如A点的最大拉应力与B点的最大压应力等值,而B点的最大拉应力则低于A点的最大拉应力。这时就会在A点首先产生疲惫源,而后,可能在召点产生第二个疲惫源(与M+/M-比值有关),且前者的扩展速度较快。
  
  别的,若疲惫载荷较低,形成疲惫源较困难,表面质量和材料缺陷可能对形成疲惫源起更主要的作用,疲惫源将在有表面划痕等工艺缺陷及夹杂等材料缺陷的表面处呈现,对侧形成疲惫源较晚,同时,两个疲惫裂纹的扩展深度也有较大的左别。成果,得到的断口是不合错误称的。
  
 。3)旋转弹簧弯曲疲惫断口。
  
  旋转弯曲疲惫的典型受力与变形见图6-5。构件上的各点均受正弦规律持续交桥作用的拉应力和压应力.在表面处各点的应力幅度最大。所以,在等弯矩截面上的各点均有不异的疲惫源萌生气会。但若载荷较,则常在一处产生裂纹源:并向两侧和内部扩展。由于构件的旋转,疲惫源两侧交替呈现比内部应力大的拉应力,疲惫裂纹在两侧的扩展速度比中心部位快,所形成的贝纹线较平直。构件的旋转,相当于弯曲载荷的作用面逆旋转标的目的而动,致使疲惫裂纹的前沿顺着载荷移动的标的目的扩展速度快,逆载荷移动标的目的扩展速度慢。所以,旋转疲惫断口的瞬断区不是在疲惫源的正对面,而是编转一个角度,通常可达15°,甚至更大。此偏移的标的目的与构件旋转标的目的相反,从疲惫核心与瞬断区的相对位置即可推知构件的旋转标的目的。
  
  应力集中会明显影响断口形貌。有周向缺口或台阶的轴类构件,当应力集中不大时,可能只产生一个疲惫源,瞬断区在疲惫源的对应一侧。图6-6为施转弹簧弯曲疲惫断口,键槽底部尖角处应力集中,是裂纹萌生点。当应力集中较大时,就可能沿周围产生几个疲惫源,它们同时向内部扩展,瞬断区将在内部。名义应力越大,疲惫源越有增多的趋势,瞬断区一也越向中心移动.大量的事例证实若瞬断区位于中心则断裂前的交变载荷循环次数一般不会超过万次。这种情况卜的应力程度平均为疲惫极限的1.5-2.0倍。当瞬断区位干轴的外侧时,断裂前一般都经历了几百万次的旋转。所以,很据瞬断区的位置与大,可以推断轴所受的载荷或名义应力的大小。     图6-7给出了应力集中及载荷大小对旋转弹簧弯曲疲惫断口形貌的影响。
  
  若应力沿轴向分布较均匀,则弹簧弯曲疲惫断口一般为一个与轴线相垂直的平断日,若因截面积的忽然变化引起应力集中,则在应力集中截面处形成的弹簧弯曲疲惫断口不是平的,而是一个碟形的所谓皿型断日,图6-8示出了主应力线及裂纹扩展路线。假如在轴颈处有必然的应力集中,且同时承受必然的扭矩,则旋转弯曲疲惫可能同时产生几个疲惫核心。由于扭矩的作用,裂纹将以螺旋状向前扩展,最后这些裂纹在轴的中心会合,形成棘轮状断口。
  
  综上所述,对于圆截面轴类零件的弹簧弯曲疲惫断口形貌可归纳为如图6-9所示的几种情况。

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