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拓维来说一下离心机推杆断裂的原因

作者：admin 来源：未知时间：2019-05-10 14:54 浏览：人次字体：T | T　繁体打印

文美纯，罗益宁

(湘潭人学机械学院，湖南湘潭411105)

摘要：对HR500-N离心机在生产过程出现的推杆断裂，进行了分析并提出了改进方案，新制作的推杆经过生产使用，证明上述分析和改进方案是符合实际的。

关键词：离心机；推杆；断裂分析;应力分析

中图分类号：TQ028. 5 文献标识码:B 文章编号：1005-8265(2001)02-0027-02

某盐矿使用的HR500-N离心机，其转鼓直径：φ500/φ38 mm,推料片与离心机筛网间间隙0. 05〜0. 2 mm 之间，推料行程：55 mm，推料次数：<80次/min,推杆长度：1 428 mm，在近一个月的试生产过程中出现推杆断裂，本文从几个方而对推杆的断裂进行了分析并提出了改进方案。

1推杆技术指标及受力分析

推杆（图1)在制作中的技术要求是：

a)按ZB77002-88《离心机、分离机锻焊件常规无损探伤技术规范》作超声波和磁粉探伤检査；

b)整体调质处理(HB240-280);

c)推杆材料：45#钢，质量64 kg、长：1 428 mm。

在离心机工作过程中，推杆随第二级转鼓（<H38mm)作旋转往复运动，其尾部钻有φ7 mm的孔通入推动活塞移动的液压油。其断裂部位（推杆断裂部分见图

图1推杆结构和断裂部位阁

1)位于固定的螺纹退刀槽处，其截面尺寸为M52X 3 一φ37 mm。

根据推杆工作过程，所作简化如下：推杆尾部φ37 mm的内孔承受推动活塞移动的液压，但该处的外部受活塞内孔及等同内孔液压油的油压作用，因而忽略液压油油压的影响。在旋转过程中，推杆是由头部带动转鼓旋转，其推杆尾部不承受旋转扭矩作用，也忽略其影响。工作时，活塞带动推杆作往复运行，推杆推动第二级转鼓作往复运动，卸出大小转鼓内的盐粒，推杆主要承受交变载荷作用。

2应力分析

推杆螺纹部分连接紧固活塞后，螺纹部分不仅承受予紧拉伸应力、拧紧力矩产生的剪应力，还承受有活塞往复运动引起的交变载荷作用。根据机零设计，按螺纹齿的载荷传递规律，第齿承受1/3载荷。因而第一齿齿根与退刀槽过渡处应是推杆的危险部位。

根据该离心机受力状态：

3断口分析

从推杆断裂处（图2)观察到：推杆的头扣螺纹向退刀槽过渡的螺纹根部略靠处侧的地方，有明显的贝壳纹理，并出现蝶形断口。在蝶形断口中，出现有贝壳纹较细的中间和贝壳纹较粗的两侧。在贝壳纹理外侧出现有拉伸瞬间断裂和其它螺纹根部台阶形破坏断面。贝壳纹区占总而积50%左右，瞬间断裂区约占 50%。

根据观察结果可以认为：推杆的断裂是属于典型的疲劳断裂。其断裂过程是：当推杆受到交变的载荷时，在推杆的表而（螺纹头扣向退刀槽过渡的螺纹根部）产生有较大的应力，因而该推杆在其外侧最薄弱处出现有裂纹〔较细的贝壳纹的起点〉。并在与主应力线垂直的方向上扩展但不与轴线垂直，因而在壁厚里形成有蝶形断口。在初期，裂纹扩展较慢〔表现为较细的贝壳纹区），随后扩展较快（表现为较粗的贝壳纹区）。当裂纹扩展到大于总面积50%后，剩余的截面承受不了推杆所负载荷，而出现瞬间断裂区。推杆在瞬时断裂时，因其它螺纹根部存在有缺陷，裂纹则发生转折拉伸，出现其它螺纹根部台阶形破坏断面。

产生上述现象的原因是：

（1）推杆承受有交变的载荷，域大应力安全系数偏小；

（2）推杆退刀槽向头扣螺纹过渡的根部，车削加工的螺纹质景较差，螺纹底角半径偏小且不规则，表面粗糙度较低，且车削加工的头扣螺纹清理不规则；

（3）螺纹受力不均匀，头扣配合很紧，受力很大；

（4）疲劳裂纹扩展时，有效承载而积逐渐减小，

（5）心位而积上承受的应力随之扩大。

4改进方案

影响螺栓强度主要涉及到螺纹牙的载荷分布、应力变化幅度、应力集中、附加应力和材料的机械性能等几个方而。建议：

（1）将螺纹根部的圆角增大为尺5 111111，提高加工精度，以减小应力集中的影响；

（2）提高内孔表而的加工精度，采用半精镗工艺，使之达到IT8和表而粗糙度1. 6；

（3）将内孔直径由φ7减少到φ32,以降低该处应力值；

（4）为减少应力集中，应对螺母进行优化设计（螺母优化结构见图3〕，改善螺纹牙上载荷分布不均的现象。

5改进后应力分析

6结束语

根据离心机推杆断裂分析和改进方案，新制作的推杆已安全使用近一年，证明上述分析和

改进方案是符合实际的。原设计HR500-N离心机推杆断裂告诉我们，在设计和制作承受交变应力载荷带有螺纹的零部件时，应适当加大螺纹根部园角，提高螺纹表而加工要求及螺纹的精度等级，并采取减应力集中措施，防止发生故障。

参考文献：

[1]襥良贵，机械设计（第五版）[M]，北京：高等教育出版社，1988.

[2][美]S.S. 曼森，陆索，译.金属疲劳损伤[M],北京：国防下业出版社，1976.

[3]陈虎，蔡其巩，王仁智，等.工程断裂力学，(上册)[M].北京：国防丁业出版社，1977.

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