歐陽(yáng)雪

（湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432100）

某型號(hào)傳動(dòng)軸在使用過(guò)程中，過(guò)渡套處容易發(fā)生斷裂，斷裂原因是過(guò)渡套在加工內(nèi)圓時(shí)深度嚴(yán)重超差，造成過(guò)渡套斜面截面厚度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定，受力強(qiáng)度遠(yuǎn)低于額定技術(shù)要求，最終導(dǎo)致過(guò)渡套在傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)中斷裂失效。

在不損壞傳動(dòng)軸的條件下，本文將介紹一種檢測(cè)過(guò)渡套內(nèi)圓深度是否超差的方法，進(jìn)而有效判定過(guò)渡套合格與否。

1 檢測(cè)儀器

超聲波測(cè)厚儀測(cè)量精度為±0.1 mm，其精度高、測(cè)量準(zhǔn)確，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在同一過(guò)渡套上用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量厚度與游標(biāo)卡尺測(cè)量厚度結(jié)果十分接近，誤差可以忽略不計(jì)。同時(shí)超聲波測(cè)厚儀便于攜帶、使用簡(jiǎn)單、方便[1]。

2 檢測(cè)方法

所檢測(cè)的傳動(dòng)軸過(guò)渡套零件設(shè)計(jì)圖紙見(jiàn)圖1。

圖1 傳動(dòng)軸過(guò)渡套零件設(shè)計(jì)圖

用超聲波檢測(cè)儀測(cè)量過(guò)渡套Φ140外圓與斜面相鄰處的厚度為A、Φ114外圓與斜面相鄰處的厚度為B，A、B處如圖2所示，可以準(zhǔn)確判定所測(cè)過(guò)渡套Φ110內(nèi)圓是否加工。

圖2 過(guò)渡套測(cè)量位置

（1）若B處的厚度為25 mm，表示Φ110尺寸未加工。由于B處厚度增加，強(qiáng)度也增加，此時(shí)只要A處厚度滿足圖紙要求的12 mm，過(guò)渡套就能夠完全滿足要求，可以正常使用。

（2）若A、B處厚度不滿足上述要求，但B-A=13 mm左右，說(shuō)明過(guò)渡套內(nèi)孔為一個(gè)通孔，不會(huì)存在由于過(guò)渡套大頭加工中Φ110尺寸過(guò)深造成打孔部位過(guò)薄而產(chǎn)生斷裂的問(wèn)題，即使內(nèi)徑挖大后，A處厚度不小于7 mm時(shí)，經(jīng)復(fù)算，該過(guò)渡套仍滿足設(shè)計(jì)要求，計(jì)算如下：

計(jì)算截面的抗扭截面模量：

式中，

Φ114截面外徑D=140 mm；

內(nèi)徑d=100 mm；

計(jì)算得：WτA=118 664 N/mm2

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，a按傳動(dòng)軸額定扭矩計(jì)算：

式中，

傳動(dòng)軸額定扭矩Mmax=18 000 N.m。

過(guò)渡套材料為45#鋼，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)[2]，查閱機(jī)械手冊(cè)，τ=155 N/mm2，考慮到傳動(dòng)軸實(shí)際工裝狀態(tài)為非對(duì)稱循環(huán)，峰值扭矩只占很少比例，許用應(yīng)力比對(duì)稱循環(huán)時(shí)推薦數(shù)據(jù)大，取[τ]=180 N/mm2[3]。

[τA]＜[τ]，所以過(guò)渡套是安全的。

b按傳動(dòng)軸斷裂扭矩計(jì)算：

式中，

傳動(dòng)軸斷裂扭矩M斷裂=45 000 N.m。

調(diào)質(zhì)狀態(tài)的45#鋼，對(duì)應(yīng)σb=650 N/mm2，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：τ極限=0.7；σb=455 N/mm2[3]。

τ斷裂<τ極限，所以過(guò)渡套是安全的。

（3）若A處厚度為12 mm，B處厚度為15 mm，表示該過(guò)渡套Φ110內(nèi)圓是經(jīng)過(guò)加工的，由于內(nèi)圓的加工深度將直接影響過(guò)渡套的強(qiáng)度，僅對(duì)A、B處的厚度檢測(cè)不足以說(shuō)明問(wèn)題，應(yīng)采用打孔方法來(lái)確定Φ110內(nèi)圓加工深度，打孔部位如圖3所示，在Φ114與Φ140之間的斜截面垂直斜面配鉆Φ5-6的孔，測(cè)量打孔部位的斜面截面厚度。

圖3 過(guò)渡套打孔部位

對(duì)斜面截面厚度達(dá)到圖紙要求的7 mm的過(guò)渡套，經(jīng)復(fù)算，強(qiáng)度沒(méi)有任何問(wèn)題，計(jì)算如下：

由于傳動(dòng)軸過(guò)渡套在截面C處斷裂 (該截面為Φ114外圓與45°斜線交點(diǎn)處垂直于過(guò)渡套軸線的截面，見(jiàn)圖3），現(xiàn)對(duì)截面C處扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行校核。

計(jì)算截面C的抗扭截面模量Wτc：

式中：截面C外徑D=140 mm，內(nèi)徑d=94 mm（C截面厚度為11 mm?？紤]到內(nèi)部深度66 mm尺寸及外部尺寸20 mm的公差，取該處最小厚度值為10 mm,此時(shí)，垂直于斜面方向最小厚度值為7 mm。對(duì)應(yīng)該處最小厚度值時(shí)的過(guò)渡套內(nèi)孔尺寸為114-2×10=94 mm，因此，校核時(shí)截面C內(nèi)徑取94 mm。）

計(jì)算得：Wτc=156 427 mm3。

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，a按傳動(dòng)軸額定扭矩計(jì)算：

式中，

傳動(dòng)軸額定扭矩Mmax=18 000 N.m。

調(diào)質(zhì)狀態(tài)的45#鋼，許用應(yīng)力[τ]=180 N/mm2[3]

[τC]＜[τ]，所以過(guò)渡套是安全的。

b按傳動(dòng)軸斷裂扭矩計(jì)算：

式中，

傳動(dòng)軸斷裂扭矩M斷裂=45 000 N.m。

材料 45＃ 鋼，調(diào)質(zhì)狀態(tài)，δb=650 N/mm2，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：τ極限=0.7；σb=0.7×650=455 N/mm2[3]。

τ斷裂<τ極限，所以過(guò)渡套是安全的。

通過(guò)以上分析可知，在過(guò)渡套斜面上鉆孔并未對(duì)傳動(dòng)軸的受力強(qiáng)度造成不良影響，斜面截面厚度達(dá)到7 mm的過(guò)渡套可以確認(rèn)正常使用，恢復(fù)使用前將配鉆的孔進(jìn)行點(diǎn)焊并打磨光滑；斜面截面厚度小于7 mm的過(guò)渡套，確定為不合格，對(duì)該傳動(dòng)軸應(yīng)進(jìn)行整體更換。

為了進(jìn)一步排除鉆孔對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，隨機(jī)抽取3件同一型號(hào)的傳動(dòng)軸依次編號(hào)，分別對(duì)它們鉆孔前、鉆孔后、焊孔后的三種狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)平衡對(duì)比檢測(cè)[4]，如表1所列，結(jié)果表明：在過(guò)渡套斜面上鉆孔對(duì)傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡不會(huì)造成不良影響。

表1 傳動(dòng)軸動(dòng)平衡對(duì)比檢測(cè)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文采用超聲波測(cè)厚儀有效判斷了傳動(dòng)軸過(guò)渡套內(nèi)圓深度是否超差：對(duì)于內(nèi)圓未加工的過(guò)渡套，可直接使用超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)；對(duì)于內(nèi)圓已加工的過(guò)渡套，還需配合鉆孔來(lái)檢測(cè)。通過(guò)強(qiáng)度校核和動(dòng)平衡試驗(yàn)證實(shí)，在過(guò)渡套上鉆孔不會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸受力強(qiáng)度和動(dòng)平衡造成任何不良影響，可見(jiàn)這種鉆孔與超聲波檢測(cè)相結(jié)合的方法是切實(shí)可行的，為今后傳動(dòng)軸的檢測(cè)提供了參考。

[1]李 新.淺談超聲波測(cè)厚[J].無(wú)損檢測(cè)，1995,（09）:258-260.

[2]許華忠.實(shí)用金屬材料手冊(cè)[M].湖北：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1989.

[3]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]王顯林.進(jìn)一步完善傳動(dòng)軸動(dòng)平衡試驗(yàn)的探索[J].川汽科技,1997,(03):17-18.