信息摘要：
1前言 鋼絲繩是一種撓性零件，具有強度高、重量輕、彈性好、運行平穩(wěn)、適合于變向傳力以及在需要時具有可以迅速破斷的優(yōu)點，從而是航空、船舶、橋梁及機械等設備中的常用零件
1前言
鋼絲繩是一種撓性零件，具有強度高、重量輕、彈性好、運行平穩(wěn)、適合于變向傳力以及在需要時具有可以迅速破斷的優(yōu)點，從而是航空、船舶、橋梁及機械等設備中的常用零件，主要用于起升機構、牽引機構及需要變向的傳力機構等。航空鋼絲繩是大型客機及運輸機揉縱和控制系統(tǒng)的重要元件，主要用于通信、控制飛機的方向舵，副翼、引擎、著陸齒輪、羅盤針矯正器等。航空鋼絲繩由于使用環(huán)境特殊、要求安全可靠性高并能長時間使用，有比一般普通鋼絲繩更高的性能要求，尤其是在抗拉強度要求方面。某型飛機任務系統(tǒng)最重要的零件之一就是鋼絲繩，在鋼絲繩的使用過程中，如果不注意鋼絲繩的合理使用和及時更換，就會嚴重降低鋼絲繩的承載能力，最終導致鋼絲繩斷裂，而鋼絲繩的突然斷裂往往會對相關設備的安全造成極大的損害。作為某型飛機重要的牽引機構的關鍵零件，在外場試飛時，鋼絲繩發(fā)生了斷裂事件，經(jīng)斷口分析，鋼絲斷口主要有斜斷口、平斷口和縮頸斷口，鋼絲繩斷口處發(fā)黑，放大鏡觀察斷后處有擠壓、磨損等損傷，見圖1，為分析鋼絲繩斷裂原因，有必要對鋼絲繩進行受力分析，以便改進設計及后續(xù)使用維護。
2鋼絲繩受力分析
鋼絲繩的理論受力只受軸向外力作用，在這樣的狀況下，對鋼絲繩進行有限元建模，建立鋼絲模型，根據(jù)鋼絲繩技術條件規(guī)定的螺旋角建立鋼絲繩模型，鋼絲的彈性模量E取210000MPa，泊松比取0.33，在每根鋼絲之間建立線接觸，劃分網(wǎng)格，施加軸向載荷500Kg，建立的鋼絲繩有限元模型如圖2所示。
圖2鋼絲繩有限元模型圖3鋼絲繩有限元應力云圖
有限元分析結果見圖3，從應力云圖可以看出鋼絲繩整體應力水平不高，遠小于強度極限，和疲勞極限，在7根股中，中心股的應力最大，既受力最嚴重。外層鋼絲對鋼絲繩中線成各種不同的角度，且鋼絲按螺旋狀處在每股鋼絲繩中，每股又繞中線纏繞。鋼絲繩承受軸向拉力時，實際在每根鋼絲中，既產(chǎn)生拉力，又產(chǎn)生彎曲和扭轉應力。繞鋼絲繩產(chǎn)生彎曲變形時，鋼絲繩中鋼絲不同截面而產(chǎn)生不同的彎曲應力和扭轉應力。
3鋼絲繩斷裂原因分析及改進
某型飛機任務系統(tǒng)鋼絲繩在作業(yè)時，主要載荷為拉載，但經(jīng)鋼絲繩受力分析，鋼絲繩在受拉載荷時，靜強度和疲勞強度均滿足要求，后續(xù)進行了靜強度試驗和疲勞強度試驗，鋼絲繩均滿足要求，既故障不能復現(xiàn)。
重新梳理鋼絲繩的受力和使用環(huán)境，影響航空鋼絲繩斷裂的的主要因素，符合國家標準的鋼絲繩在正常使用中出現(xiàn)早期失效現(xiàn)象，結合鋼絲繩斷口分析，鋼絲繩最有可能的斷裂原因為拉伸載荷在附加應力引起的疲勞斷裂。鋼絲繩由外層鋼絲繞中心股組成，通過對鋼絲繩受力分析，分析出影響鋼絲繩斷裂的因素，有原材料質量缺陷、鋼絲繩的直徑、使用環(huán)境等因素。
a）原材料對鋼絲疲勞斷裂的影響
鋼絲質量的好壞對鋼絲繩的疲勞壽命有著重要的影響，鋼絲質量的純凈度越高，碳成分波動越小，氣體含量及夾雜物含量越低，則鋼絲的內(nèi)部缺陷越少，疲勞裂紋則不易萌生，鋼絲繩的疲勞壽命越高。鋼絲的表面質量同樣很重要，如存在表面劃傷，微裂紋等表面缺陷，也會影響鋼絲力學壽命的分散性，從而大幅降低鋼絲繩的疲勞壽命。
b）鋼絲繩的直徑對鋼絲疲勞斷裂的影響
和鋼絲繩的疲勞壽命有關的參數(shù)還有鋼絲繩的直徑，但對直徑并不超標的鋼絲繩，還應該進一步分析直徑的組成。以本文所選外層六股鋼絲繩為例，鋼絲繩直徑是否大于兩邊股直徑加中心股直徑的和，是反映捻制緊密程度的指標。鋼絲繩直徑小于兩邊股加中心繩（股）直徑的差值愈大，鋼絲繩的抗疲勞性能愈好。
d）鋼絲中心股的加粗
鋼絲繩中心股是比其他股直徑粗，中心股的加粗使得外層股受力時產(chǎn)生的橫向壓力完全落在中心股上，這應該是好現(xiàn)象，但這種壓力不應對中心股的鋼絲造成點接觸的強壓痕跡。如果造成點接觸壓痕，它同樣也是斷裂的隱患，從本文有限元分析的結果也可以看出，中心股的應力較其他外層股的應力高。
綜上分析，鋼絲繞鋼絲繩中線成各種不同的角度，且鋼絲按螺旋狀處在每股鋼絲繩中，每股又繞中線纏繞，鋼絲繩承受軸向拉力時，實際在每根鋼絲中，既產(chǎn)生拉力，又產(chǎn)生彎曲和扭轉應力。繞鋼絲繩產(chǎn)生彎曲變形時，鋼絲繩中鋼絲不同截面而產(chǎn)生不同的彎曲應力和扭轉應力。實際工作中，這些應力共同作用形成復雜的應力狀態(tài)，鋼絲繩的疲勞壽命與其受力狀態(tài)有著密切的關系，而且鋼絲繩受力也與鋼絲材料、直徑及使用狀態(tài)密切相關。針對某型機鋼絲繩斷裂，改進方式使用更柔性的材料，重新設計喇叭口，盡量消除鋼絲繩由氣流擾動產(chǎn)生的附加彎曲應力，后續(xù)試驗取得了良好的效果。
4結論
鋼絲繞鋼絲繩中線成各種不同的角度，且鋼絲按螺旋狀處在每股鋼絲繩中，每股又繞中線纏繞，鋼絲繩承受軸向拉力時，實際在每根鋼絲中，既產(chǎn)生拉力，又產(chǎn)生彎曲和扭轉應力。繞鋼絲繩產(chǎn)生彎曲變形時，鋼絲繩中鋼絲不同截面而產(chǎn)生不同的彎曲應力和扭轉應力。實際工作中，這些應力共同作用形成復雜的應力狀態(tài)，鋼絲繩的疲勞壽命與其受力狀態(tài)有著密切的關系，而且鋼絲繩受力也與鋼絲材料、直徑及使用狀態(tài)密切相關。
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