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汽車鏈的主要失效形式為:鏈條的磨損失效、鏈條的斷裂失效、滾子或套筒的破裂失效、鏈條的死節(jié)失效。
(1)磨損失效
試驗研究表明,汽車鏈的主要磨損機制為疲勞磨損,有時伴有磨粒磨損、粘著磨損。國產(chǎn)06BT-1汽車鏈在臺架試驗和發(fā)動機總成試驗500小時后,其平均磨損伸長率ε=0.20%,國產(chǎn)06BT-2汽車鏈在道路試驗10萬公里后,其平均磨損伸長率ε=1.0%。同時,應(yīng)該指出,06BT-1臺架試驗500小時的磨損曲線上呈現(xiàn)了多處“平臺”,并不表明磨損過程不在進行,而是進一步證實了銷軸、套筒零件在磨損試驗中疲勞裂紋生成,擴展與剝落的動態(tài)過程。“平臺”越長,表明磨損剝落周期越長,其耐磨性越高。
(2)鏈板斷裂失效
汽車鏈鏈板的斷裂失效,對于單排鏈條并不是主要的失效形式,雖然有時也發(fā)生這種現(xiàn)象,但概率不大。但對于雙排鏈,出現(xiàn)鏈板斷裂失效的情況卻比較多,主要表現(xiàn)在雙排鏈由于在高速多沖交變循環(huán)載荷作用下,由于中鏈板與銷軸常為間隙配合的結(jié)構(gòu)型式所限,其銷軸與外鏈板、套筒與內(nèi)鏈板的聯(lián)結(jié)牢固度(壓出力或松動扭矩)的衰減程度要比單排鏈嚴重得多,當(dāng)聯(lián)結(jié)牢固度衰減至一定程度后,導(dǎo)致外鏈板向外移出銷軸并斷裂失效,這就是所謂的鏈條“散架”現(xiàn)象。而正常的疲勞斷裂常發(fā)生在內(nèi)鏈板上。
06BT-2汽車正時鏈在某皮卡車道路行駛10萬公里時即發(fā)生了外鏈板斷裂失效現(xiàn)象。失效分析的檢驗結(jié)果表明,其銷軸與外鏈板的聯(lián)結(jié)牢固度平均衰減了75%以上,個別鏈節(jié)用手即可松動銷軸與外鏈板。應(yīng)該指出,由于聯(lián)結(jié)牢固度的衰減,致使銷軸與外鏈板、套筒與內(nèi)鏈板之間產(chǎn)生了微動磨損,微動磨損產(chǎn)生的磨屑作為第三體的磨料進入銷軸與套筒鉸鏈副之間,使汽車鏈以疲勞磨損為主要磨損機制的狀況發(fā)生了變化,伴有越來越嚴重的磨粒磨損。微觀分析(SEM)表明,銷軸、套筒的磨損表面形貌除了疲勞剝落坑以外,還產(chǎn)生了深淺不一但方向一致的“犁溝”,從而加劇了鏈條的磨損。
(3)滾子破裂失效
汽車鏈在高速區(qū)工作時,滾子(或套筒)的沖擊疲勞破裂是其主要的失效形式。滾子作為鏈條與鏈輪的嚙合元件,它直接承受著較大的沖擊載荷,在循環(huán)應(yīng)力作用下,在滾子的應(yīng)力集中區(qū)即滾子端部會萌生疲勞裂紋,并逐漸向滾子中部擴展,當(dāng)滾子的制造工藝與加工質(zhì)量達不到要求時,裂紋不斷擴展并導(dǎo)致端部掉塊或整體破裂。當(dāng)產(chǎn)生破裂的滾子達到一定數(shù)量時,由于與鏈輪處于非正常嚙合狀態(tài),工作張力急劇增加,最終導(dǎo)致鏈條斷裂。
目前,常用的滾子成形方法有卷制和冷擠兩種,只要成形原理和模具精度符合要求,兩種不同工藝成形的滾子均可以滿足汽車鏈的使用工況。應(yīng)該指出,卷制滾子接縫周邊的劃痕與展延、冷擠滾子內(nèi)表面的縱向劃痕與端部的橫向臺階在制造過程中應(yīng)盡量消除或控制。試驗研究表明,上述質(zhì)量缺陷正是滾子破裂的疲勞裂紋源,也是影響汽車鏈國產(chǎn)化進程的一個重要“瓶頸”因素之一。
(4)鏈條“死節(jié)”失效
通常,汽車發(fā)動機用滾子鏈、套筒鏈發(fā)生“死節(jié)”失效現(xiàn)象很少,但對于汽車用齒形鏈,如果齒形鏈鏈輪的變位系數(shù)過大,表現(xiàn)在鏈輪量柱測量距過小,這種情況下,鏈板嚙合面下移至齒尖部位與輪齒干涉且產(chǎn)生嚴重的擠壓變形,鏈條出現(xiàn)“死節(jié)”失效現(xiàn)象,無法靈活轉(zhuǎn)動,甚至“擠死”。所以在齒形鏈鏈輪的設(shè)計和制造過程中要嚴格控制變位系數(shù)和量柱測量距,以確保齒形鏈和鏈輪的正確嚙合,發(fā)揮齒形鏈在高速區(qū)工作時噪聲較低的良好特性。