Page 83 - 理化检验-物理分册2025年第二期
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厉旭旺，等：兆瓦级风机偏航齿轮箱中心轮断轴原因
图 11 中心轮在不同扭矩工况下的静态结构 - 等效应力分布云图
图 12 中心轮在不同扭矩工况下的静态结构 - 最大剪切应力分布云图
力区，花键侧R角处承受应力最大，局部剪切应力、 1.5 mm是改善该中心轮轴肩应力状态、优化综合疲
等效交变应力均超出了材料设计极限，会使材料出 劳寿命的最佳措施。
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现损伤 ；当承受 8.11 kN· m的等效扭矩时，轴肩 3 综合分析
R角、花键根部虽然为高应力区，但应力明显减弱，
宏观观察结果表明，中心轮齿条表面啮合正常、
等效应力和剪切应力符合设计要求；在8.11 kN· m
的等效扭矩作用下，优化花键R角尺寸为模型1，轴 无偏载现象，部件齿面无点蚀、剥落现象，齿面强度
无异常。中心轮断口表面存在多处挤压磨损痕迹，
肩R角的应力降低了约 16%，轴肩应力为 355.7~
508.5 MPa，且危险位置转移至花键齿条根部与端部 裂纹源区摩擦痕迹最为严重。裂纹源位于花键侧轴
交接尖角处，轴肩极限疲劳寿命提升了约84%；优 肩表面，结合轴肩不连续裂纹可知，中心轮发生了多
化花键位置、输出齿侧的轴肩R角尺寸为模型2，等 源开裂，裂纹由外侧向内侧呈阶梯、螺旋状扩展，轴
效应力、交变应力和疲劳寿命几乎与模型1保持一 最终因低应力扭转疲劳而断裂。
致，改善效果不明显。综合考虑部件的工程优化经 该中心轮输出齿的淬火工艺控制不当，导致齿
验、加工难度及装配关系，优化花键侧R角半径为 条的有效硬化层深度为9.3 mm，远超设计要求的
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