冷却风机是车辆冷却系统的重要组成部件，由于发动机和传动部件散发的热量主要靠风机带走，所以它的性能好坏直接影响到冷却系统乃至发动机的工作。我公司设计的某型车，因其空间位置及动力传动布置的需求，选用了斜流式风机^[1] ，这台风机在某次试车过程中，转子失效，导致叶片断裂。
1 系统工作原理
　　该冷却系统由液压温控调速传动驱动风机运转，产生压力能，使空气流动，通过散热器带走整车热量，保证车辆正常工作。控制关系是：利用液压温控调速传动系统中的温控阀感受发动机的出水温度，并随着温度的变化改变液压泵斜盘开度，流量随斜盘摆角从零增加到最大值，冷却风机的转速随之变化，当水温达到设计水温时，风机开始运转，当水温逐渐升高时，冷却风扇达到设计转速。
2 风机叶片失效分析
2.1 风机叶片断裂分析
2.1.1 叶片断口宏观形貌观察
　　对风机叶片断口宏观形貌观察，叶片断裂位置均位于叶片根部圆弧过渡处，疲劳源区位于叶片与轮毂呈锐角过渡一侧，线源的中心位置位于距风机叶片小端面宽度1/3位置附近，线源。从图1中可观察到1#叶片断口疲劳扩展区面积呈穿透性裂纹扩展，断口缘区较粗糙，扩展棱线较为细小，并且在疲劳裂纹萌生位置还可见二次裂纹。2#叶片断口疲劳扩展区面积相对较小，但扩展棱线较为粗大。

2.1.2 叶片断口微观形貌观察
源区存在明显的表面孔洞缺陷，并且还存在由于表面质量较差形成的凹坑，见图2。由这些表面缺陷为中心的局部点源构成大的线源，对疲劳裂纹的萌生存在较大的影响。

 

2.5 　叶片失效分析
　　综上所述，可以看出风机叶片断口存在明显的疲劳弧线，疲劳弧线之间分布着均匀细密的疲劳条带，为典型的高低周复合疲劳断裂特征。在叶片叶根受力最大位置处存在一定的表面缺陷（叶根圆弧过渡处的表面孔洞、凹坑及气孔等缺陷诱发了疲劳裂纹），使得在该位置萌生疲劳裂纹，裂纹在疲劳应力作用下扩展至一定阶段后，叶片剩余有效承载面积减小到不足以承受工作应力而发生风机叶片瞬断，该疲劳应力主要是风机叶片旋转产生的离心力叠加振动应力，从而造成叶片的高低周复合疲劳断裂。
3 台架模拟试验
　　针对断裂分析的结果，进行台架模拟试验，工作状态完全模拟实车安装方式，台架试验共计43.5h、循环冲击580次，在风机转速由低速向高速上升的过程中，风机叶片失效，与实车失效情况一致，观察疲劳裂纹为线源，有一叶片的疲劳区贯穿整个截面，叶片有效承载面积减小到不足以承受工作应力而发生瞬断，此台架试验结果与断裂分析的结果相吻合，验证了风机叶片断裂系高低周复合疲劳断裂。
4 改进措施
　　1）　将斜流式风机静子支撑筋截面做成机翼型，一方面有效削弱卡门涡街的强度，减少其对叶片的冲击，另一方面改变卡门涡街的特征长度，从而改变其脱落频率，使其远离风机叶片的自振频率。
　　2）　增大斜流式风机叶片根部圆角尺寸，以增加叶片根部强度和叶片自振频率。
　　3）　增大斜流式风机静子支撑筋与叶片进口之间的安装距离（靠近轮毂处），消除彼此影响，减少不均匀气流的进入。
　　采取上述改进措施后，进行台架试验500h，循环冲击5　013次，系统工作正常。说明改进后的风机静子支撑筋产生的卡门涡街对叶片的冲击已大大改善。并且通过频率测试，在工作转速范围内，改进后的叶片的固有频率，与气动激振频率已避开。