农业机械零件在交变应力作用下的失效分析

　　1前言

　　构件运动过程中，受到随时间做周期性变化的应力叫做交变应力。实践证明，在交变应力下工作的构件，其破坏形式与静载苛作用下截然不同。在交变应力下，构件内的最大应力虽然低于材料的屈服极限，但经过长期力的重复作用之后会突然断裂。即使是塑性较好的材料，断裂前却没有明显的塑性变化。因此，人们误认为是构件长期在交变应力下工作，由于疲劳引起材料性质的改变而造成。近代实验否定了这种说法，但习惯上仍使用疲劳破坏这个词，却沿用至今。

　　由于构件外部形状和尺寸的突变以及材料不均匀等原因，某些构件局部的应力特别大。在长期交变应力作用下，应力较高的点或材料有缺陷的点逐步形成了非常细微的裂纹。裂纹尖端的应力集中严重，促使裂纹逐渐扩展，构件截面不断削弱;又因裂纹尖端材料处于三向拉伸应力状态，比单向拉伸更不易于出现塑性变形。所以，当变形扩展到一定程度，在偶然的超载冲击下，构件就会沿削弱了的截面发生突然脆性断裂。

　　疲劳破坏通常是在机器运转中事先没有明显预兆的情况下突然发生的，往往造成重大事故。据统计，农业机械中约有80%的零件损坏属于疲劳破坏。因而有必要对农业机械的主要零件受交变应力情况进行分析。

　　2变速箱及播种器中的齿轮传动

　　齿轮传动时，两个齿轮互相啮合，每一个啮合点齿根的弯曲正应力从零很快上升到最大值。当脱离接触后，此应力值又很快恢复到零(如图1所示)。齿轮每转1圈，对每个轮齿来说只啮合1次、应力重复变化1次，所以齿轮所受应力为交变应力。

　　3发动机曲轴、传动轴及拔动轮轴

　　如图2所示，轴受载荷P为静载荷，但由于轴本身在转动，其轴表上的一点M的位置由1-2-3-4点转动时，应力变化0-σ_max-0-σ_max-0。其应力随时间作周期性变化，变化关系如图3所示。轴每转一周，应力重复变化一次，所以轴所受应力为交变应力。

　　4拖拉机发动机和联合收割机的带传动

　　4.1由拉应力引起的应力

　　由带传动的特点知：带在工作时一边形成松边，一边形成紧边，紧边的拉力大于松边拉力。当带绕过主动轮时，拉应力由σ₁逐渐降为σ₂，带绕过从动轮时情况相反，拉应力由σ₂逐渐增加为σ₁。带每绕过带轮一次，应力重复变化一次。

　　4.2带绕过带轮时产生的弯曲应力σ_b

　　带的弯曲应力σ_b只发生在带绕在带轮上的圆孤部分，最大弯曲应力σmin发生在紧边进入处(如图4所示)，其他伸直部分无弯曲应力。带绕带轮转1次，弯曲应力由0—σ_max—0应力重复变化1次。由此可知带在传动中，其应力为交变应力，σ_max=σ₁+σ_b1+σ_c(σ_c为转动带的离心应力)。