装甲装备重要零部件失效与寿命分析
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摘要
摘要
本文以装甲装备（坦克）重要零部件中的易损件：主离合器分离环和扭力轴
为对象，研究其在服役工况条件下的失效机理及寿命预测方法。
表面非均匀磨损是分离环常见的失效形式。本文首先利用三维激光测量仪对
分离弹子槽的表面非均匀磨损进行了定量测量；然后采用显微分析的手段，结合
该分离环的服役工况分析，对分离环工作面的失效机理进行了分析研究。结果表
明：分离环弹子槽表面失效的主要原因是冲击式磨粒磨损。在此基础上，本文提
出了提高分离环使用寿命的建议措施。
扭力轴是车辆悬挂装置中的主要零件。在工作时它承受随机扭转载荷，产生
扭转变形，从而吸收能量，达到缓冲和减震的目的。扭力轴在工作过程中，承受
三种载荷的作用：路面障碍对它作用产生的随机载荷、坦克自重和预扭产生的残
余应力，其中，前者为动载，后两者为静载。本文通过数值分析方法，分别模拟
了扭力轴预扭 52°的预扭强化过程、工作扭转 48°的加载过程和由坦克自重造
成的扭转 16°的过程，得出了这三种情况下扭力轴的应力分布。结果表明，细
径轴体到花键端的过渡处并无明显的应力集中现象，最大应力出现在细径轴体的
表面。在此基础上，本文将应力计算的结果和扭力轴材料 45CrNiMoVA 的 S-N
曲线及扭力轴工作过程中的载荷谱结合起来，预测了扭力轴的疲劳寿命。
最后，本文还研究了强扭处理对扭力轴承载能力和疲劳寿命的影响。结果表
明，为了提高扭力轴的承载能力和疲劳寿命，强扭处理是非常有利且必不可少的。
Separating ring of clutch and torsion axes which are easily damaged in tank are
the main research objects in this paper. Failure mechanism and life-prediction way to
them are investigated.
Nonuniform wear is an important failure way for separating ring of tank. A
three-dimentional laser micrometer is used to measure abrasion loss, and then its
mechanism was investigated by means of micro-analysis combining with analysis of
service conditions. Results proves that impact abrasive wear mechanism is a major
factor for wear failure of the separating ring. Then a rational proposal was put forward
to improve the service life of the separating ring of clutch.
Torsion axes are important parts in tank’s suspension device. They are subjected
to random torsion loads, and then torsion deformation absorbing energy is produced.
Random loads, tank’s weight and residual stress after pre-twisted are applied to
torsion axes, when tank is running. By numerical analysis, axes’s stress distribution
was simulated respectively for 52 degree’s pre-torsion, 48 degree’s torsion and 16
degree’s torsion. Result shows that stress concentration does not occur in the
transition of axes and splines, and the maximal stress is located in the surface of
thin-diameter axes. On the basis of the above simulation, along with S-N curve of
45CrNiMoVA steel which is used for the torsion axes and loads spectrum, fatigue life
of torsion axes is predicted.
Finally, pre-torsion’s effect on torsion axes’s load capacity and fatigue life is
studied. Result proves that it is very important and absolutely necessary for the design
of torsion axes to be pre-twisted.
本文以装甲装备（坦克）重要零部件中的易损件：主离合器分离环和扭力轴
为对象，研究其在服役工况条件下的失效机理及寿命预测方法。
表面非均匀磨损是分离环常见的失效形式。本文首先利用三维激光测量仪对
分离弹子槽的表面非均匀磨损进行了定量测量；然后采用显微分析的手段，结合
该分离环的服役工况分析，对分离环工作面的失效机理进行了分析研究。结果表
明：分离环弹子槽表面失效的主要原因是冲击式磨粒磨损。在此基础上，本文提
出了提高分离环使用寿命的建议措施。
扭力轴是车辆悬挂装置中的主要零件。在工作时它承受随机扭转载荷，产生
扭转变形，从而吸收能量，达到缓冲和减震的目的。扭力轴在工作过程中，承受
三种载荷的作用：路面障碍对它作用产生的随机载荷、坦克自重和预扭产生的残
余应力，其中，前者为动载，后两者为静载。本文通过数值分析方法，分别模拟
了扭力轴预扭 52°的预扭强化过程、工作扭转 48°的加载过程和由坦克自重造
成的扭转 16°的过程，得出了这三种情况下扭力轴的应力分布。结果表明，细
径轴体到花键端的过渡处并无明显的应力集中现象，最大应力出现在细径轴体的
表面。在此基础上，本文将应力计算的结果和扭力轴材料 45CrNiMoVA 的 S-N
曲线及扭力轴工作过程中的载荷谱结合起来，预测了扭力轴的疲劳寿命。
最后，本文还研究了强扭处理对扭力轴承载能力和疲劳寿命的影响。结果表
明，为了提高扭力轴的承载能力和疲劳寿命，强扭处理是非常有利且必不可少的。
Separating ring of clutch and torsion axes which are easily damaged in tank are
the main research objects in this paper. Failure mechanism and life-prediction way to
them are investigated.
Nonuniform wear is an important failure way for separating ring of tank. A
three-dimentional laser micrometer is used to measure abrasion loss, and then its
mechanism was investigated by means of micro-analysis combining with analysis of
service conditions. Results proves that impact abrasive wear mechanism is a major
factor for wear failure of the separating ring. Then a rational proposal was put forward
to improve the service life of the separating ring of clutch.
Torsion axes are important parts in tank’s suspension device. They are subjected
to random torsion loads, and then torsion deformation absorbing energy is produced.
Random loads, tank’s weight and residual stress after pre-twisted are applied to
torsion axes, when tank is running. By numerical analysis, axes’s stress distribution
was simulated respectively for 52 degree’s pre-torsion, 48 degree’s torsion and 16
degree’s torsion. Result shows that stress concentration does not occur in the
transition of axes and splines, and the maximal stress is located in the surface of
thin-diameter axes. On the basis of the above simulation, along with S-N curve of
45CrNiMoVA steel which is used for the torsion axes and loads spectrum, fatigue life
of torsion axes is predicted.
Finally, pre-torsion’s effect on torsion axes’s load capacity and fatigue life is
studied. Result proves that it is very important and absolutely necessary for the design
of torsion axes to be pre-twisted.
引文
1 刘馝．坦克底盘失效理论．中国人民解放军装甲兵工程学院，1994:115～195
2 韩文政等．坦克金属材料及热处理．中国人民解放军装甲兵工程学院，
1996:133～134
3 张洪图等．坦克构造学．北京工业学院出版社，1986:54～56
4 高连华，贾小平等．坦克构造．装甲兵工程学院，1993:190～198
5 韩文政等．坦克扭力轴轴头磨损形式和规律的研究．装甲兵工程学院学报．
1988,(2):95～106
6 国家机械工业委员会统编．失效分析．机械工业出版社，1987:38～40
7 钟群鹏，田永江编．失效分析基础．机械工业出版社，1988:94～97
8 何德芳，李力，虞和济编．失效分析与故障预测．冶金工业出版社，1989:26～
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9 国家机械工业委员会统编．失效分析．机械工业出版社，1987:71～72
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15 蔡泽高，刘以宽等．金属磨损与断裂．上海交通大学出版社，1985:13～14
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参考文献
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61 坦克设计编写组．坦克设计．北京工业出版社，1976:57
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