Page 81 - 理化检验-物理分册2025年第二期

厉旭旺，等：兆瓦级风机偏航齿轮箱中心轮断轴原因

图 7 2 号中心轮断口 SEM 形貌
在3号、4号中心轮的轴肩处取样，对试样进行 为3.2 mm。重载类传动部件的R角过小会引发应力
SEM分析，结果如图8所示。由图8可知：两个中心 集中，导致部件发生开裂，中心轮的强度校核结果也
轮两侧轴肩局部残留的毛刺、刀槽机等加工刀痕较 证实了两侧轴肩过渡区是该中心轮的危险截面。加
明显，多处裂纹与加工刀痕重合；3号、4号中心轮 工刀痕也会产生缺口效应，降低材料的疲劳裂纹扩
未断裂花键侧的裂纹径向扩展深度分别约为2.10， 展门槛值和临界应力场强度因子，工作时材料易产生
1.73 mm，两侧轴肩过渡R角的设计尺寸（半径）分别 应力集中，加速裂纹的萌生和扩展，缩短材料的疲劳
为1.5 mm（输出齿侧） 、1.0 mm（花键侧），设计粗糙度 寿命。

4
图 8 3 号、 号中心轮轴肩处 SEM 形貌
将3号、4号中心轮沿裂纹人工打开，2~4号中 布在金属基体中，使基体的强度降低，导致材料产生
[1]
心轮断口处夹杂物的微观形貌如图9所示。由图9 应力集中，并最终发生开裂 。
可知：3个中心轮断口处的夹杂物形貌基本相同。 2 有限元仿真分析
利用能谱仪对夹杂物进行面扫描分析，结果如 根 据 该系 列 中 心轮 的 工 作 载荷 要 求 及 4 级

图10所示。由图10可知： 夹杂物为Al、Si系氧化物， 结构传动比进行综合计算，其承载的极限扭矩为
为原材料熔炼、精炼后的遗留产物。夹杂物弥散分 25.45 kN· m， 该类工况所占整个产品的生命周期不
65