欧阳雪

（湖北职业技术学院，湖北 孝感 432100）

某型号传动轴在使用过程中，过渡套处容易发生断裂，断裂原因是过渡套在加工内圆时深度严重超差，造成过渡套斜面截面厚度远小于设计图纸规定，受力强度远低于额定技术要求，最终导致过渡套在传动轴运转中断裂失效。

在不损坏传动轴的条件下，本文将介绍一种检测过渡套内圆深度是否超差的方法，进而有效判定过渡套合格与否。

1 检测仪器

超声波测厚仪测量精度为±0.1 mm，其精度高、测量准确，经多次实验验证，在同一过渡套上用超声波测厚仪测量厚度与游标卡尺测量厚度结果十分接近，误差可以忽略不计。同时超声波测厚仪便于携带、使用简单、方便[1]。

2 检测方法

所检测的传动轴过渡套零件设计图纸见图1。

图1 传动轴过渡套零件设计图

用超声波检测仪测量过渡套Φ140外圆与斜面相邻处的厚度为A、Φ114外圆与斜面相邻处的厚度为B，A、B处如图2所示，可以准确判定所测过渡套Φ110内圆是否加工。

图2 过渡套测量位置

（1）若B处的厚度为25 mm，表示Φ110尺寸未加工。由于B处厚度增加，强度也增加，此时只要A处厚度满足图纸要求的12 mm，过渡套就能够完全满足要求，可以正常使用。

（2）若A、B处厚度不满足上述要求，但B-A=13 mm左右，说明过渡套内孔为一个通孔，不会存在由于过渡套大头加工中Φ110尺寸过深造成打孔部位过薄而产生断裂的问题，即使内径挖大后，A处厚度不小于7 mm时，经复算，该过渡套仍满足设计要求，计算如下：

计算截面的抗扭截面模量：

式中，

Φ114截面外径D=140 mm；

内径d=100 mm；

计算得：WτA=118 664 N/mm2

扭转强度计算，a按传动轴额定扭矩计算：

式中，

传动轴额定扭矩Mmax=18 000 N.m。

过渡套材料为45#钢，并经过调质[2]，查阅机械手册，τ=155 N/mm2，考虑到传动轴实际工装状态为非对称循环，峰值扭矩只占很少比例，许用应力比对称循环时推荐数据大，取[τ]=180 N/mm2[3]。

[τA]＜[τ]，所以过渡套是安全的。

b按传动轴断裂扭矩计算：

式中，

传动轴断裂扭矩M断裂=45 000 N.m。

调质状态的45#钢，对应σb=650 N/mm2，查阅机械设计手册：τ极限=0.7；σb=455 N/mm2[3]。

τ断裂<τ极限，所以过渡套是安全的。

（3）若A处厚度为12 mm，B处厚度为15 mm，表示该过渡套Φ110内圆是经过加工的，由于内圆的加工深度将直接影响过渡套的强度，仅对A、B处的厚度检测不足以说明问题，应采用打孔方法来确定Φ110内圆加工深度，打孔部位如图3所示，在Φ114与Φ140之间的斜截面垂直斜面配钻Φ5-6的孔，测量打孔部位的斜面截面厚度。

图3 过渡套打孔部位

对斜面截面厚度达到图纸要求的7 mm的过渡套，经复算，强度没有任何问题，计算如下：

由于传动轴过渡套在截面C处断裂 (该截面为Φ114外圆与45°斜线交点处垂直于过渡套轴线的截面，见图3），现对截面C处扭转强度进行校核。

计算截面C的抗扭截面模量Wτc：

式中：截面C外径D=140 mm，内径d=94 mm（C截面厚度为11 mm。考虑到内部深度66 mm尺寸及外部尺寸20 mm的公差，取该处最小厚度值为10 mm,此时，垂直于斜面方向最小厚度值为7 mm。对应该处最小厚度值时的过渡套内孔尺寸为114-2×10=94 mm，因此，校核时截面C内径取94 mm。）

计算得：Wτc=156 427 mm3。

扭转强度计算，a按传动轴额定扭矩计算：

式中，

传动轴额定扭矩Mmax=18 000 N.m。

调质状态的45#钢，许用应力[τ]=180 N/mm2[3]

[τC]＜[τ]，所以过渡套是安全的。

b按传动轴断裂扭矩计算：

式中，

传动轴断裂扭矩M断裂=45 000 N.m。

材料 45＃ 钢，调质状态，δb=650 N/mm2，查阅机械设计手册：τ极限=0.7；σb=0.7×650=455 N/mm2[3]。

τ断裂<τ极限，所以过渡套是安全的。

通过以上分析可知，在过渡套斜面上钻孔并未对传动轴的受力强度造成不良影响，斜面截面厚度达到7 mm的过渡套可以确认正常使用，恢复使用前将配钻的孔进行点焊并打磨光滑；斜面截面厚度小于7 mm的过渡套，确定为不合格，对该传动轴应进行整体更换。

为了进一步排除钻孔对检测结果的干扰，随机抽取3件同一型号的传动轴依次编号，分别对它们钻孔前、钻孔后、焊孔后的三种状态进行动平衡对比检测[4]，如表1所列，结果表明：在过渡套斜面上钻孔对传动轴的动平衡不会造成不良影响。

表1 传动轴动平衡对比检测

3 结束语

本文采用超声波测厚仪有效判断了传动轴过渡套内圆深度是否超差：对于内圆未加工的过渡套，可直接使用超声波测厚仪检测；对于内圆已加工的过渡套，还需配合钻孔来检测。通过强度校核和动平衡试验证实，在过渡套上钻孔不会对传动轴受力强度和动平衡造成任何不良影响，可见这种钻孔与超声波检测相结合的方法是切实可行的，为今后传动轴的检测提供了参考。

[1]李 新.浅谈超声波测厚[J].无损检测，1995,（09）:258-260.

[2]许华忠.实用金属材料手册[M].湖北：湖北科学技术出版社，1989.

[3]吴宗泽.机械设计手册[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]王显林.进一步完善传动轴动平衡试验的探索[J].川汽科技,1997,(03):17-18.