机械式盖板（EQ3161GF9车型及东风天锦及STR黄河王子车型）

传动件断裂分析，工艺、材料改进

广东省佛山市禅城区环境技术服务中心 广东佛山 528000

摘要：机械传动件断裂分析，从车厢盖板的工作原理到受疲劳的产生疲劳裂纹，从金属材料的典型的晶体材料金相组织解释，从受循环载荷力断裂分析链活接，再总结，改善提高，采用3个具体方案。

关键词：机件裂纹分析，金属材料的金相组织，工艺改进；热处理；高频处理，喷丸。S-N曲线（δa-N曲线）

图1

1.油缸 2.电马达液压泵 3.链轮 4.拉杆 5.链条 6.链锁24A-单排 7.油管接头 8.调节螺丝

图2 图3

图4

一、盖板工作原理

24V直流电马达驱动液压泵产生高压油，高压油在液压油缸推动活塞移动，活塞推干移动，装在推干的链条一起移动，带动链轮旋转，链轮带动转臂转动，带动盖板转动，控制盖板在车箱侧面的开合。传动件破坏最多是链活接即链锁。具体所在位置在示意图1所示。图2为盖板关、开示意图。图3是转臂示意图。

机械产品的质量和可靠性与零件的材料成分，组织与制造质量密切相关。制造过程中会穿插多种冷热加工工序，直接影响零件的表面质量（如尺寸精度、形状精度和粗糙度）和内在质量（如显微组织、力学性能、显微缺陷、残余应力、微裂纹等）。

二、受疲劳的影响产生疲劳裂纹

链锁服役几个月后，在循环载荷作用下发生破坏的现象，在破坏发生前产生宏观裂纹，即疲劳裂纹一经产生便快速扩展。

裂纹萌生本质上是材料表面附近的损伤累积到一定水平后的结果，在循环载荷作用下，经过一定的循环数后，可以观察到明显的永久滑移带（产生于原始表面附近的微细缺陷或晶界处，因此表面状态对疲劳强度的影响很大），并且各永久滑移带之间的相对滑移，并不总是沿同一个方向的，而会形成表面的凹凸，从而引起更为严重的应力集中，以致在滑移带间产生初始裂纹。正因为如此，初始疲劳裂纹的产生，一般总在表面的最大剪应力（塑性移滑）的方向上，这种微小裂纹可以产生多条，但其中一条初始裂纹会很快向垂直于最大主应力的方向（即垂直于外载的截面方向）曲折，形成主裂纹。一个非常有意思的现象是：在宏观裂纹出现之前，损伤的生长与累积会发生在材料内部的任意微观缺陷外，当损伤最严重处的损伤累积到一定程度时便会在该处出现宏观裂纹。但一旦形成宏观裂纹，其他损伤处一般就不会再形成宏观裂纹，即其他部位的损伤累积会受到遏止，破坏过程主要表现为该裂纹（称为主裂纹）的扩展过程。

在损伤演化过程中会在损伤累积最严重的地方形成宏观裂纹，疲劳寿命受此宏观裂纹护展的支配。

三、从“金属材料是典型的晶体材料”解释

链锁劈开，亦称裂开，是指晶胞中各格点的拉开破坏。由于此时没有原子间的相对滑移，故破坏发生前不会产生明显的塑性变形，因此劈开是脆性破坏的主要机理。

与滑移系的概念一样，劈开面只是原子排列特性的一种表述，在一种晶胞内，劈开面可有多个，但发生真实劈开的面，是与最大主应力方向接近于垂直的劈开面（因为此面上的拉应力最大）。由于各晶粒劈开面的方向有所不同，断面整体上是由各晶粒的劈开面相交形成的。这些组成断面的晶粒劈开面被称为刻面。因此，材料的断面严格地讲并不是一个平面。通过对断面刻面的观察，可以确认破坏是脆性。如示意图4所示。

四、从受力断裂方面分析链活接

对应于断裂的强度特性主要有抗拉强度、断裂韧性、裂纹扩展阻抗、伸长率等影响。主要是因为劈开面上总也会伴随一定的位错滑移动与堆积，其所引起的应力集中会被附加到与劈开面垂直的方向上的拉应力里，从而使得只考虑外部应力的拉应力临界值发生变化。这说明，即使对于脆性破坏，劈开占支配地位而已，脆性破坏的主要机理是劈开。

五、总结、改善、提高

实验结果却表明，疲劳强度与最大拉伸强度而不是屈服强度之间有很强的关联性，印证了为什么链锁24A-1排断裂的原因。在机械工程实际中，人们常在表面附近引入压缩残余应力（利用热处理或微粒子撞击等方法）来提高材料的疲劳强度或寿命，其依据实际上就是通过减少初始疲劳裂纹的有效应力强度因子幅，来达到提高裂纹扩展门槛值或裂纹扩展速率的效果。由于最大拉伸强度与硬度之间也有一定的关系。

六、采用具体方案

（1）采用表面热处理——淬火等，目的是提高表面硬度和强度，增高耐磨性。其机理是通过快速冷却得到马氏体、贝氏体等相组织，由相组织的改变达到改性目的。

（2）表面物理处理：高频处理、喷丸等目的：改善耐磨性，提高冲击初性，疲劳强度，其机理通过再结晶或塑性变形等改变表层材料结构（但不改其组分），或产生有利的残余应力。

（3）另根据典型的S-N曲线（δa-N曲线），选用高强度钢自己加工，提高寿命。

参考文献：

1、梁耀能 《机械工程材料》 华南理工大学出版社 2006年1月

2、许金泉 《材料强度学》 上海交通大学出版社 2009年7月

3、成大先 《机械设计手册》第五版《机械传动》部分单行本化学 工业出版社 2010年1月

4、ISO链号24A-单排（GBT1243-2006），俗称1.5吋链锁。抗拉载荷Q单排124.6KN（千牛），测量力是1110牛顿。