铁路货车转向架圆弹簧疲劳寿命影响因素的分析研究

论文题目: 铁路货车转向架圆弹簧疲劳寿命影响因素的分析研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料工程

作者: 田中健

导师: 钱翰城,敖艳萍

关键词: 弹簧,疲劳寿命,影响因素,分析

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 铁路货车转向架圆弹簧是铁路货车转向架的主要部件之一，其性能和使用寿决定了铁路货车转向架运行的安全性和稳定性，为使弹簧能与铁路货车整车寿命(质量保证期)一致，即正常使用一个厂修期(9年)的要求，铁道部运装货车[2004]342号文《铁路货车转向架圆柱螺旋弹簧技术条件》规定了弹簧的疲劳寿命不低于300万次，这也是目前铁道部科技司和运输局要求定期(每年)组织抽查检验各制造厂弹簧疲劳试验寿命的主要原因，因此，分析研究弹簧疲劳寿命的影响因素，对提高弹簧的疲劳寿命(使用寿命)非常重要。 弹簧由于承受交变应力的作用，在运行过程中发生的弹簧断裂主要是疲劳断裂，所以，弹簧的疲劳强度是关键的性能指标。疲劳强度低于弹性极限或屈服强度等静应力强度。弹簧在实际运行中受纯静应力的情况很少，当应力变化缓慢、或者变化幅度较小、次数较小时，则可以看作是静应力，这是设计计算中受第Ⅲ类载荷的弹簧。应力变化次数多、变化幅度大的弹簧则应考虑疲劳强度，也就是设计计算中受第Ⅰ、Ⅱ类载荷的弹簧。目前，我国的铁路货车运行速度达到了120Km/小时，承受交变应力的作用，因此，铁路货车转向架圆弹簧是典型的受第Ⅰ、Ⅱ类载荷的弹簧，必须考虑其疲劳强度。 影响弹簧疲劳强度的因素是多方面的，既有弹簧钢原材料方面的因素，也有弹簧制造工艺方面的因素，进行较为系统地分析影响弹簧疲劳强度(寿命)的因素很有必要。 本文根据铁路货车转向架圆弹簧(以转K2弹簧为研究对象)在正常运行过程中发生断裂和疲劳试验过程发生断裂的情况，进行较为系统全面分析，从中选取未达到疲劳寿命的断裂弹簧和达到疲劳寿命的弹簧进行比较试验分析，利用相关试验分析设备，分析弹簧断裂的断口特征，分析弹簧钢原材料的非金属夹杂物、晶粒度、有害气体含量及生产工艺中热处理质量、表面质量、金相组织等诸多因素对弹簧疲劳强度(寿命)的影响，采取相应的技术措施，以提高弹簧的疲劳寿命和使用寿命。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.1.1 问题的提出

1.1.2 研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内在铁路弹簧疲劳寿命方面的研究现状

1.2.2 国外在弹簧疲劳寿命方面的研究情况

1.3 本文研究的目的和研究主要内容

1.3.1 本文研究的目的

1.3.2 本文研究的主要内容

2 弹簧生产工艺流程和疲劳试验要求

2.1 生产工艺流程

2.1.1 弹簧生产工艺流程

2.1.2 弹簧钢生产工艺流程

2.2 弹簧疲劳试验

2.2.1 弹簧疲劳试验的方法及目的

2.2.2 转K2弹簧疲劳试验参数及要求

2.2.3 疲劳寿命与运行年限的关系

2.2.4 转K2弹簧的稳定性验算

2.2.5 转K2弹簧的疲劳强度和静强度验算

2.2.6 转K2弹簧疲劳寿命设计预测验算

2.2.7 设计验算结论

2.3 弹簧主要生产检测设备

3 影响弹簧疲劳寿命的因素

3.1 断裂形式及其分类

3.2 脆性断裂

3.2.1 脆性断裂的特征

3.2.2 弹簧脆性断裂的原因

3.3 疲劳断裂

3.3.1 疲劳断裂的宏观特征

3.3.2 疲劳断裂的微观特征

3.3.3 疲劳断裂机理

3.3.3.1 变应力作用下金属的滑移及疲劳裂纹成核

3.3.3.2 疲劳裂纹的扩展及材料的断裂

3.3.4 疲劳曲线(S-N曲线)

3.4 弹簧疲劳寿命影响因素的理论分析

3.4.1 弹簧疲劳寿命的影响因素

3.4.2 表面状态对疲劳强度的影响

3.4.2.1 表面质量对疲劳强度的影响

3.4.2.2 表面脱碳对疲劳强度的影响

3.4.3 表面处理对疲劳强度的影响

3.4.4 抛丸处理对疲劳强度的影响

3.4.5 金相组织对疲劳强度的影响

3.4.6 化学成份对疲劳强度的影响

3.4.7 冶金缺陷对疲劳强度的影响

3.4.8 尺寸效应对疲劳强度的影响

3.4.9 屈服强度对疲劳强度的影响

3.4.10 腐蚀介质对疲劳强度的影响

3.4.11 [H]、[O]等有害气体含量对疲劳强度的影响

3.4.12 热处理工艺质量对疲劳强度的影响

4 2003年4月至2004年6月转K2弹簧疲劳试验情况

4.1 转K2弹簧疲劳试验数据统计

4.2 转K2弹簧疲劳试验数据分析

4.3 弹簧钢中[H]、[O]气体含量分析

4.4 热处理工艺中淬火剂温度对疲劳寿命的影响分析

4.5 热处理工艺中回火脆性的分析

5 弹簧在运行过程中发生早期断裂的原因分析

5.1 铁路车辆段(用户)反馈的转K2弹簧断裂情况

5.2 弹簧在运行过程中发生早期断裂的原因分析

5.2.1 引言

5.2.2 硬度检查

5.2.3 脱碳层检查

5.2.4 非金属夹杂物检查

5.2.5 金相组织检查

5.2.6 荧光检查

5.2.7 宏观检查

5.2.8 断口观察

5.2.9 微观观察

5.2.10 宏观晶粒观察

5.2.11 本节分析结论

6 弹簧疲劳试验过程中发生断裂的原因分析

6.1 弹簧疲劳试验断裂原因取样分析

6.1.1 引言

6.1.2 宏观分析

6.1.3 微观分析

6.1.4 金相组织、脱碳层及硬度分析

6.1.5 本节分析结论

6.2 弹簧疲劳试验断裂原因比较分析

6.2.1 引言

6.2.2 硬度及脱碳层分析

6.2.3 电子扫描显微镜(SEM)分析

6.2.4 光学显微金相分析

6.2.5 本节分析结论

7 弹簧疲劳试验验证

7.1 2005年弹簧疲劳试验验证的弹簧试样情况

7.1.1 弹簧钢原材料检验情况

7.1.2 弹簧制造工艺情况

7.2 2005年弹簧疲劳试验情况

7.2.1 2005年弹簧疲劳试验情况

7.2.2 2005年弹簧疲劳试验情况的分析

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

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学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-06

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