|航空发动机高速轴承外圈开裂分析( 三 )
图9 试验件安装示意图
Fig.9 Installation diagram of test piece
(a)试验件模型
(b)一阶模态振型
(c)一阶振动应力分布
图10 疲劳试验件振型及振动应力分布
Fig.10 Vibration mode and vibration stress distribution of fatigue test piece
为研究线切割产生的熔融层对轴承外圈疲劳强度的影响 , 共设计了2种试验件:第1种试验件表面没有进行处理 , 保留熔融层 , 共6件;第2种试验件将表面的熔融层抛除 , 共3件 。 2种状态试验件疲劳强度试验结果见表1 。
表1 2种状态轴承外圈试验件疲劳试验结果
Tab.1 Fatigue test results of bearing outer ring test pieces under two states
由表1可知 , 带熔融层试验件平均疲劳强度为719 MPa , 有77.2%的分散度 , 分散性较大 , 主要由试验件熔融层深度不同引起 , 熔融层深度越大 , 疲劳强度越低 。 抛去熔融层试验件平均疲劳强度为1 188 MPa , 比带熔融层试验件平均疲劳强度高65.3% , 并且分散度较小 。 可以看出 , 线切割产生的熔融层大幅降低了轴承外圈疲劳强度 , 并且分散性很大 , 实际产生裂纹的轴承外圈的疲劳强度比340 MPa更低 。
5 结论结合应力计算和疲劳试验对轴承外圈开裂的原因进行分析 , 得出如下结论:1)断口分析表明轴承外圈开裂属于高周疲劳失效 。 2)轴承外圈裂纹起始位置稳态应力为19 MPa , 远小于材料强度极限;轴承外圈振动由燃气发生器转子不平衡载荷产生的激振力引起 , 最大振动应力为238.8 MPa , 远小于材料疲劳极限 。 3)线切割产生的熔融层是轴承外圈出现裂纹的主要原因 。 对于使用线切割加工的轴承零件 , 应采用必要措施控制熔融层的产生 , 并在线切割后将熔融层去除 。
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