某直升机主减撑杆疲劳试验断裂分析

2.3  轴套与孔的分析

根据轴套与孔的磨损情况分析，孔、轴套和轴的同轴度不好，两侧耳的轴套与孔的磨损都是单端、单侧，孔磨损严重的部位都是近杆体端孔表面外侧。

2.4  受力分析

按图纸要求，孔、轴套、轴紧密配合，同轴度要求小于0.3，从孔与轴套及轴的磨损情况分析，同轴度不符合要求，导致孔、轴、轴套配合有微小间隙，三者之间产生微动，撑杆在交变应力作用下，孔外侧受压应力，内侧受拉应力，随着载荷振动交替变化，拉、压反复作用，在受拉处，应力集中到一定值，开始产生微裂纹；实际裂纹源产生部位与受力情况相符。

2.5  综合讨论分析

根据以上检查，构件处在高频率，小振幅的振动环境中，撑杆的孔、轴套、轴之间同轴度不好，三者之间紧密配合不好，在运动同时，还存在构件表面间相互微动。故障件由于振幅小又是反复性的相对运动，构件表面间产生极高的接触应力，反复性的相对摩擦，产生磨屑，微动表面接触状态的重复概率相对很高，磨屑很难逸出，使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳。撑杆孔与轴套的磨损疤痕是塑性变形的表象；这种损伤只局限在表面，因为损伤不仅是由表面接触引起，而损伤涉及的范围基本上与微动的程度一致。磨损疤痕不是很深。符合微动磨损的特点。在交变载荷作用下而发生疲劳损伤――微动疲劳损伤。

微动磨损^[1]引起的一种表面损伤，这不仅是指损伤由于表面接触引起，而且是指损伤涉及的范围（一般是指深度）基本上与微动的幅度处于同一量级。接触表面的形貌，有麻点坑或小疤痕还有残留的磨屑；与接触表面垂直面的亚表层上，可观察到微小裂纹，裂纹与表面成一定角度；微动疲劳断口的宏观和微观形貌与纯机械疲劳断口完全一致。即整个宏观断口上可以分为疲劳源区，裂纹稳定扩展区和瞬断区，瞬断区的面积相对较小。在微观上可见疲劳条带。疲劳裂纹源的位置与受力和腐蚀情况有关，在零件受拉应力，接触磨损严重部位。

    构件接触发生微动磨损的条件下，受交变载荷作用而发生的疲劳损伤过程即为微动疲劳。因此微动疲劳的过程是微动磨损，氧化及腐蚀，交变应力三者综合作用的过程。微动疲劳由疲劳裂纹萌生和裂纹扩展组成。微动疲劳萌生于微动磨损所造成的表面损伤的边界处。孔表面磨损处受拉应力最大处产生裂纹源， 微动磨损的初期可萌生多个疲劳微裂纹，断口上微小的台阶是这些微裂纹产生初期，其中某些裂纹在扩展过程中合并为一主裂纹并垂至于外加交变正应力。进入疲劳裂纹扩展阶段，在此阶段影响裂纹扩展速度的不仅是外加应力强度因子幅（△k），微动磨损过程中形成的腐蚀产物和腐蚀介质（空气，水，润滑剂）也可以在微动磨损过程中逐渐渗入裂纹内部，使裂纹尖端的应力强度因子幅加大，这些都促使疲劳裂纹扩展速率增加，使微动磨损疲劳受命下降。 影响微动疲劳寿命的主要因素是微动磨损过程中配合表面之间的法向夹紧压应力，相对运动幅度，摩擦力，内应力，周围介质，相匹配面的材料。 腐蚀产物往往进入并附着在断口的源区及扩展的初期，断口上的深色痕迹就是磨损腐蚀的体现。 微动疲劳最为明显的特征是在断口的侧表面，即微动磨损面上由大量的微裂纹，孔表面金属掉块，不均匀的磨损擦伤，其色泽发生明显改变且出现腐蚀坑（或称为斑疤状），微动产生的微裂纹大多集中位于微动区的边缘，孔的外侧，微动损伤也常常看到层状及山丘状的塑性变性，同时也常常可看到由于碾压形成的微裂纹。从微动磨损的发展过程可知，磨损初期是粘着并形成粘着磨屑，磨屑的研磨及磨屑的氧化；在稳定阶段是以疲劳磨损为主的磨损。在具有循环应力的一类零件中，微动磨损除造成零件的松动外，还造成微动疲劳而引起断裂。所以造成材料流失为主的微动磨损和造成零件疲劳强度降低的微动疲劳往往同时存在。

3  结论

孔及轴套的同轴度不好，会造成构件间产生微动磨损，导致磨损疲劳断裂。