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第一章 概论1

1.1 航空燃气涡轮发动机简介1

1.1.1 涡轮喷气发动机1

1.1.2 涡轮风扇发动机3

1.1.3 涡轮螺旋桨发动机5

1.1.4 涡轮轴发动机5

1.2 航空发动机转动部件的失效与启迪6

1.2.1 失效分析7

1.2.2 设计8

1.2.3 制造工程11

1.2.4 失效分析组织管理12

1.3 发动机转动部件失效分析的内容、目标与思路14

1.3.1 失效分析的基本内容14

1.3.2 失效分析的主要目标15

1.3.3 失效分析的思路17

1.4 航空发动机转动部件的疲劳断裂失效18

1.4.1 疲劳断口的基本特征18

1.4.2 疲劳断裂原因分析23

1.4.3 零件疲劳寿命的估算27

参考文献28

第二章 压气机与涡轮转子叶片的失效和预防29

2.1 转子叶片的功能及结构特点29

2.1.1 压气机转子叶片29

2.1.2 涡轮转子叶片32

2.2 转子叶片的工作条件与受力分析35

2.2.1 转子叶片的工作条件35

2.2.2 受力分析36

2.3 转子叶片的振动类型及其特征40

2.3.1 转子叶片的振动分类与基本振型40

2.3.2 尾流激振43

2.3.3 颤振44

2.3.4 旋转失速和随机激振46

2.4 叶片失效的主要模式46

2.4.1 叶片的低周疲劳断裂失效47

2.4.2 压气机转子叶片的颤振疲劳断裂失效53

2.4.3 叶片扭转共振疲劳断裂失效55

2.4.4 转子叶片的弯曲振动疲劳断裂失效58

2.4.5 转子叶片的高温疲劳与热损伤疲劳断裂失效62

2.4.6 转子叶片的微动损伤疲劳断裂失效69

2.4.7 叶片腐蚀损伤疲劳断裂失效74

2.4.8 叶片榫头部位失效的基本模式83

2.5 叶片失效的分析思路与诊断技术89

2.6 影响叶片抗力的主要因素96

2.7 预防叶片失效的主要技术措施98

参考文献101

第三章 压气机盘与涡轮盘的失效与预防102

3.1 压气机盘与涡轮盘的结构特征102

3.2 轮盘的承载及载荷谱104

3.2.1 轮盘承受的载荷104

3.2.2 轮盘的载荷谱109

3.2.3 驻留时间111

3.2.4 载荷谱对轮盘关键部位寿命和强度的影响112

3.3 轮盘的振动115

3.3.1 轮盘的振动形式115

3.3.2 轮盘的自振频率及影响因素117

3.3.3 引起轮盘振动的激振力119

3.3.4 轮盘的行波振动120

3.4 轮盘的失效模式123

3.4.1 轮盘的弹性变形失效123

3.4.2 轮盘的塑性变形失效124

3.4.3 轮盘的低周疲劳断裂失效128

3.4.4 涡轮盘榫槽槽底的应力腐蚀开裂131

3.4.5 轮盘榫齿断裂失效138

3.4.6 涡轮盘外缘封严篦齿裂纹146

3.4.7 轮盘的振动疲劳断裂147

3.5 预防轮盘失效的技术措施157

3.5.1 设计157

3.5.2 合理地选取轮盘材料158

3.5.3 严格控制加工制造质量159

3.5.4 对轮盘的关键部位尽量采取喷丸强化措施159

3.5.5 使用163

参考文献164

第四章 轴的失效及其预防165

4.1 轴的结构特点及工作条件165

4.2 轴的受力分析166

4.3 轴失效的基本类型及其特征175

4.3.1 轴的疲劳失效175

4.3.2 轴件的磨损失效179

4.3.3 轴件的腐蚀损伤184

4.3.4 轴件的变形186

4.3.5 轴件的韧、脆性断裂187

4.4 轴件失效的分析思路187

4.4.1 力学参数分析188

4.4.2 失效轴件的装配和服役条件分析192

4.4.3 失效轴件的特征和断口的宏微观分析193

4.4.4 失效轴件的材质及断口的微观特征分析193

4.4.5 轴件失效原因的综合分析195

4.5 预防轴件失效的主要技术措施197

参考文献204

第五章 轴承的失效205

5.1 滚动轴承的结构特点及分类206

5.1.1 滚动轴承的基本结构206

5.1.2 滚动轴承的分类206

5.1.3 轴承材料208

5.2 滚动轴承的受力分析和工作条件210

5.2.1 轴承的受力分析210

5.2.2 轴承的工作条件212

5.2.3 轴承的额定性能214

5.3 滚动轴承失效的基本模式及其影响因素215

5.3.1 滚动接触疲劳217

5.3.2 开裂和断裂224

5.3.3 旋转爬行231

5.3.4 金属粘着231

5.3.5 轴承的磨损失效233

5.3.6 塑性变形失效234

5.3.7 微动磨损237

5.3.8 腐蚀失效241

5.3.9 高速轻载打滑242

5.4 轴承失效的分析与判断244

5.4.1 轴承的失效及其主要特征245

5.4.2 失效轴承的检验与分析245

5.4.3 滚动轴承的痕迹分析250

5.5 轴承的动态监控和铁谱分析技术258

5.6 提高轴承使用可靠性的技术措施261

参考文献263

第六章 齿轮的失效分析264

6.1 齿轮的类型与工作环境265

6.1.1 齿轮的分类265

6.1.2 齿轮的工作环境267

6.2 齿轮的受力分析271

6.3 齿轮的振动276

6.4 齿轮失效的基本模式289

6.4.1 齿轮的疲劳290

6.4.2 表面磨损失效309

6.4.3 齿轮的冲击过载失效312

6.5 预防齿轮失效的技术措施315

6.5.1 材料及热加工工艺316

6.5.2 热处理工艺及表面完整性318

6.5.3 结构及装配对齿轮失效的影响322

6.5.4 润滑条件324

6.6 齿轮失效的分析判断324

6.6.1 齿轮失效现场信息324

6.6.2 失效齿轮损伤的感官和痕迹分析325

6.6.3 齿轮损伤的物理参数分析329

6.6.4 齿轮材料的材质与冶金质量分析330

6.6.5 裂纹和断口的特征分析332

6.7 齿轮故障的动态监控和预防334

参考文献335

第七章 疲劳断口定量分析在发动机转动部件失效分析中的应用337

7.1 疲劳条带间距的测定方法337

7.1.1 实体光学显微镜338

7.1.2 扫描电子显微镜338

7.1.3 透射电子显微镜复型339

7.2 断口反推疲劳裂纹扩展寿命的基本方法340

7.3 断口反推疲劳原始质量349

7.4 疲劳断口反推失效构件的应力354

7.4.1 利用疲劳裂纹扩展长度及瞬断区来推算疲劳应力355

7.4.2 利用疲劳条带间距确定失效件的疲劳应力357

7.5 疲劳断口反推技术的其它应用361

7.5.1 断裂先后顺序判断361

7.5.2 疲劳断裂性质的辅助判断364

7.6 疲劳断口定量分析存在的一些问题366

参考文献368