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拓維來說一下離心機推桿斷裂的原因

作者：admin 來源：未知時間：2019-05-10 14:54 瀏覽：人次字體：T | T　繁體打印

文美純，羅益寧

(湘潭人學機械學院，湖南湘潭411105)

摘要：對HR500-N離心機在生產過程出現的推桿斷裂，進行了分析并提出了改進方案，新制作的推桿經過生產使用，證明上述分析和改進方案是符合實際的。

關鍵詞：離心機；推桿；斷裂分析;應力分析

中圖分類號：TQ028. 5 文獻標識碼:B 文章編號：1005-8265(2001)02-0027-02

某鹽礦使用的HR500-N離心機，其轉鼓直徑：φ500/φ38 mm,推料片與離心機篩網間間隙0. 05?0. 2 mm 之間，推料行程：55 mm，推料次數：<80次/min,推桿長度：1 428 mm，在近一個月的試生產過程中出現推桿斷裂，本文從幾個方而對推桿的斷裂進行了分析并提出了改進方案。

1推桿技術指標及受力分析

推桿（圖1)在制作中的技術要求是：

a)按ZB77002-88《離心機、分離機鍛焊件常規無損探傷技術規范》作超聲波和磁粉探傷檢査；

b)整體調質處理(HB240-280);

c)推桿材料：45#鋼，質量64 kg、長：1 428 mm。

在離心機工作過程中，推桿隨第二級轉鼓（<H38mm)作旋轉往復運動，其尾部鉆有φ7 mm的孔通入推動活塞移動的液壓油。其斷裂部位（推桿斷裂部分見圖

圖1推桿結構和斷裂部位閣

1)位于固定的螺紋退刀槽處，其截面尺寸為M52X 3 一φ37 mm。

根據推桿工作過程，所作簡化如下：推桿尾部φ37 mm的內孔承受推動活塞移動的液壓，但該處的外部受活塞內孔及等同內孔液壓油的油壓作用，因而忽略液壓油油壓的影響。在旋轉過程中，推桿是由頭部帶動轉鼓旋轉，其推桿尾部不承受旋轉扭矩作用，也忽略其影響。工作時，活塞帶動推桿作往復運行，推桿推動第二級轉鼓作往復運動，卸出大小轉鼓內的鹽粒，推桿主要承受交變載荷作用。

2應力分析

推桿螺紋部分連接緊固活塞后，螺紋部分不僅承受予緊拉伸應力、擰緊力矩產生的剪應力，還承受有活塞往復運動引起的交變載荷作用。根據機零設計，按螺紋齒的載荷傳遞規律，第齒承受1/3載荷。因而第一齒齒根與退刀槽過渡處應是推桿的危險部位。

根據該離心機受力狀態：

3斷口分析

從推桿斷裂處（圖2)觀察到：推桿的頭扣螺紋向退刀槽過渡的螺紋根部略靠處側的地方，有明顯的貝殼紋理，并出現蝶形斷口。在蝶形斷口中，出現有貝殼紋較細的中間和貝殼紋較粗的兩側。在貝殼紋理外側出現有拉伸瞬間斷裂和其它螺紋根部臺階形破壞斷面。貝殼紋區占總而積50%左右，瞬間斷裂區約占 50%。

根據觀察結果可以認為：推桿的斷裂是屬于典型的疲勞斷裂。其斷裂過程是：當推桿受到交變的載荷時，在推桿的表而（螺紋頭扣向退刀槽過渡的螺紋根部）產生有較大的應力，因而該推桿在其外側最薄弱處出現有裂紋〔較細的貝殼紋的起點〉。并在與主應力線垂直的方向上擴展但不與軸線垂直，因而在壁厚里形成有蝶形斷口。在初期，裂紋擴展較慢〔表現為較細的貝殼紋區），隨后擴展較快（表現為較粗的貝殼紋區）。當裂紋擴展到大于總面積50%后，剩余的截面承受不了推桿所負載荷，而出現瞬間斷裂區。推桿在瞬時斷裂時，因其它螺紋根部存在有缺陷，裂紋則發生轉折拉伸，出現其它螺紋根部臺階形破壞斷面。

產生上述現象的原因是：

（1）推桿承受有交變的載荷，域大應力安全系數偏小；

（2）推桿退刀槽向頭扣螺紋過渡的根部，車削加工的螺紋質景較差，螺紋底角半徑偏小且不規則，表面粗糙度較低，且車削加工的頭扣螺紋清理不規則；

（3）螺紋受力不均勻，頭扣配合很緊，受力很大；

（4）疲勞裂紋擴展時，有效承載而積逐漸減小，

（5）心位而積上承受的應力隨之擴大。

4改進方案

影響螺栓強度主要涉及到螺紋牙的載荷分布、應力變化幅度、應力集中、附加應力和材料的機械性能等幾個方而。建議：

（1）將螺紋根部的圓角增大為尺5 111111，提高加工精度，以減小應力集中的影響；

（2）提高內孔表而的加工精度，采用半精鏜工藝，使之達到IT8和表而粗糙度1. 6；

（3）將內孔直徑由φ7減少到φ32,以降低該處應力值；

（4）為減少應力集中，應對螺母進行優化設計（螺母優化結構見圖3〕，改善螺紋牙上載荷分布不均的現象。

5改進后應力分析

6結束語

根據離心機推桿斷裂分析和改進方案，新制作的推桿已安全使用近一年，證明上述分析和

改進方案是符合實際的。原設計HR500-N離心機推桿斷裂告訴我們，在設計和制作承受交變應力載荷帶有螺紋的零部件時，應適當加大螺紋根部園角，提高螺紋表而加工要求及螺紋的精度等級，并采取減應力集中措施，防止發生故障。

參考文獻：

[1]襥良貴，機械設計（第五版）[M]，北京：高等教育出版社，1988.

[2][美]S.S. 曼森，陸索，譯.金屬疲勞損傷[M],北京：國防下業出版社，1976.

[3]陳虎，蔡其鞏，王仁智，等.工程斷裂力學，(上冊)[M].北京：國防丁業出版社，1977.

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