液力变矩器输出轴断裂的处置

1.断裂故障

两台推土机在工作了500 h后发生变矩器输出轴断裂的事故。更换了新输出轴，增大了材料强度，同时还加强了对热处理以及材料探伤的监控，提高了轴心部位的热处理硬度。但是，两个月后，另外两台同型号的推土机在使用600 h后也发生了类似输出轴断裂的事故。据悉，厂家曾对发动机进行过改型。显然这种现象已经不是偶然事故，有必要对输出轴的强度进行全面的校核并加以改型。

2.断裂原因

经过综合分析并考虑到公差的影响，大多数花键的最大应力在650 MPa左右。同时，通过对输出轴的结构应力分析，可以看出所产生的最大应力，虽然比材料的许用最大应力值小，但会造成疲劳安全系数偏低(仅为1.6)，小于行业认可的最低值1.7。

分析认为，材料成分、热处理硬度、材料内部的探伤都没有问题；花键断裂不是由-于花键的齿被掰断、压溃，而是花键的基础——轴的断裂。花键断裂不是由于静应力结构强度不够，而是由于疲劳强度不够，使用寿命过短；轴的使用应力过大，尽管没有大过材料极限，但安全系数太低，抗冲击能力薄弱。所以，有必要增加该输出轴的强度。

3.改进方案

如果加粗输出轴，但由于输出轴直径受到装配关系的限制，不可能大幅增加。输出轴的薄弱环节是花键的小径，可以通过增大花键小径、花键齿的变位系数和选取合适的齿根圆角最大限度地提高花键小径的强度。

增加花键小径就势必要减小花键齿根圆角，但这样做会带来应力集中，为此，对花键的齿根圆角作了多个倒角方案比较，逐一进行有限元分析。结果表明在齿根圆角半径为0.7 mm时，输出轴所产生的最大应力比较均匀地分布于齿根和花键小径处，同时最大应力值最小，为540 MPa，表明0.7 mm是本输出轴花键的最佳齿根圆角半径。在改进输出轴的同时，将与输出轴花键相配合的外花键也进行强度校核，并进行有限元计算，计算结果表明其最大应力远远小于材料许用值。

该输出轴通过上述改进，输出轴上的最大应力由650 MPa降至540 MPa，强度提高20%，使用寿命是原输出轴的4.5倍。改进后的输出轴使用一年多再未出现过断裂情况，说明解决方案是经得起实践检验的，值得推鉴。

(作者地址：上海市长宁路1436号  711研究所液力变矩器厂  200051)