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弹簧扭转疲劳断口

弹簧扭转疲劳断口
  弹簧扭转疲劳断口
  
  轴类零件在扭矩作用下,横截面和纵向截面上有沿径向按线性分布的剪应力,如图6-12示。最外边缘处剪应力最大,心部为零,由应力分析可知,在与轴线成45度的斜面上有最大拉应力和压应力。
  
  前面介绍的几种疲劳裂纹形式的共同特点是,裂纹一旦点形成,裂纹一般都沿与最大拉伸正应力相垂直的方向扩展。但对扭转疲劳,就会出现两种可能的破坏方式,一类为正断型,裂纹沿与最大拉伸正应力的方向扩展,形成与轴纹成45度夹角的斜断口,一般脆性材料以这种方式断裂;一类是切断型,裂纹沿最人切应力方向扩展,形成与轴线相垂直的平断口,一般塑性材料以这种方式断裂。
  
  有时也会出现混合型断口,如先以切断型扩展,以后又转变为正断型扩展。常见的扭转疲尝断日型式可归纳为6-14所示的几种形态。
  
  对于正断型扭转疲劳,断口多呈赖轮状、饼齿状和星状。
  
  棘轮状断口是在单向脉动扭转应力作用下形成的。在反复的扭转应力作用下。可在轴表面的夹角、缺口或某些薄弱处同时产生多个疲劳源,在拉伸正应力的作用下,分别沿与轴线成45度角的方间扩展。并以螺旋状间中心发展,当裂纹扩展到一定程度时,最后的连接部分瞬时断裂,形成具有棘轮状花样的放射型断口。其形成过程如图6-15示。
  
  锯齿形断口是在双向交变扭转载荷作用下形成的。疲劳源在多处形成后,裂纹便分别沿与轴线域+45°和-45°的两个垂直于最大正应力的方向交替扩展。在相邻的裂纹相交后,发生断裂而形成锯齿状断口,其形成过程如图6-16示:
  
  如果轴上开有如花键或键槽等轴向缺品,则在凹槽的夹角处产生应力集中,裂纹多在此处产生,并沿着与最大拉应力相垂直的方向扩展。特别是对于花键轴,可能在各个尖角处都形成疲劳源,它们各自沿与拉应力相垂直的方向扩展,最后在轴的中央汇合,便形成星形断口,其形成过程如图6-17示。
  
  对于切新型的扭转疲劳,其断口为垂直十轴线的平断口或呈图6-16双向扭转载荷作用下的锯齿形疲劳断口形成示意图台阶状。疲劳扩展区较光滑,可见较模糊的疲劳弧线,瞬断区呈纤维撕裂状,沿扭转方向有螺旋花样。图6-18为一切断型扭转疲劳断口。
  
  以上介绍了应力状态比较简单情况下典型的疲劳断口,工程实际中的构件形状、应力状态都要复杂得多,它们在服役条件下的疲劳断裂也就复杂得多。但这些典型疲劳破坏的分析对复杂情况的研究是非常有帮助的。
  
  另外,还有一种属于疲劳破坏的破坏方式,即接触疲劳。这是一种在交变的接触应力作用下,在构件表面所形成的破坏方式,例如齿轮齿面的麻点疲劳剥落,硬化层疲劳剥落等,这些表面疲劳破坏都与相互接触的滚动表面有关,其主要表现形式是接触表面的点蚀裂纹和片蚀:周期作用的接触使得在表层面不远处的周期切应力达到最大值,循环切应力则导致了裂纹的产生。
  
  与疲劳有关的破坏形式还有撞击疲劳、腐蚀疲劳、蠕变疲劳、微动疲劳和热疲劳等。其断口形貌都各有特点,值得注意。

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