機(jī)械零件的失效分析與選材-展示頁
2025-03-08 21:59本頁面
【正文】 用性能和外形的能力，因此工藝性能影響了零件的內(nèi)在性能、外部質(zhì)量以及生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等。 ③ 對于在 低溫下工作的零件 ，常選擇韌性較大的材料。所選材料應(yīng)有一定的塑性和韌性。 一般只是根據(jù)下列原則定性的確定 ，其可靠性往往仍需按實(shí)際試驗(yàn)來驗(yàn)證 。 所以 ， 在對零件進(jìn)行選材時(shí)一定要考慮力學(xué)性能指標(biāo)的 綜合作用 ， 充分考慮零件力學(xué)性能的 強(qiáng)韌性配合 。 在全面分析工作條件的基礎(chǔ)上確定零件的使用性能，如交變載荷下要求疲勞性能、沖擊載荷下工作要求韌性、酸堿等腐蝕介質(zhì)中工作則要求耐蝕性等。 經(jīng)濟(jì)性原則 滿足使用性能要求的前提下，采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 使用性能指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的 機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能。 失效統(tǒng)計(jì)： 斷裂僅占 5% 腐蝕 、 磨損 、 疲勞破壞占 74% 潘存云教授研制 輪齒塑性變形 潘存云教授研制 齒輪輪齒折斷 潘存云教授研制 軸承內(nèi)圈破裂 潘存云教授研制 軸承外圈塑性變形 零件失效的實(shí)例 潘存云教授研制 齒面接觸疲勞 潘存云教授研制 軸瓦磨損 常見零件的工作條件和失效形式 零件 工作條件 常見失效形式 性能要求 應(yīng)力 種類 載荷 性質(zhì) 受載 狀態(tài) 螺栓 拉、剪 靜載 過量變形，斷裂 強(qiáng)度，塑性 傳動(dòng)軸 彎、扭 循環(huán) 沖擊 軸頸 摩擦 疲勞斷裂，過量變形 ，軸頸磨損 綜合力學(xué)性能 傳動(dòng)齒輪 壓、彎 循環(huán) 沖擊 摩擦 振動(dòng) 斷齒，磨損， 疲勞斷裂，接觸疲勞 表面高硬度及疲勞極限 ，心部強(qiáng)度及韌性 彈簧 扭、彎 交變 沖擊 振動(dòng) 彈性失穩(wěn)， 疲勞破壞 彈性極限，屈強(qiáng)比 ，疲勞極限 二 、 失效原因 造成零部件失效的原因很多 ， 主要有設(shè)計(jì) 、 選材 、 加工 、裝配使用等因素 。 ⑵ 表面疲勞 相互接觸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面 ， 在工作過程中承受交變接觸應(yīng)力的作用 ， 是表層材料發(fā)生疲勞破壞而脫落 ， 造成零件失效稱為表面疲勞失效 。 常見的有三種形式： ⑴ 磨損失效 任何兩個(gè)相互接觸的零部件發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 其表面會(huì)發(fā)生磨損 ， 造成零部件尺寸變化 、 精度降低而不能繼續(xù)工作 ， 這種現(xiàn)象稱為磨損失效 。如架空的聚錄乙烯電線管在電線和自重的作用下發(fā)生的緩慢的撓曲變形。 （ 4） 蠕變斷裂 即在應(yīng)力不變的情況下，變形量隨時(shí)間的延長而增加，最后由于變形過大或斷裂而導(dǎo)致的失效。疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂和蠕變斷裂等均屬于脆性斷裂。 宏觀變形方式為頸縮 ， 典型斷口呈韌窩狀 ， 韌窩是由于空洞的形成 、 長大并連接而導(dǎo)致韌性斷裂產(chǎn)生的 。 斷裂失效 機(jī)械零件因斷裂而產(chǎn)生的失效 。 （ 2） 塑性變形失效 外加應(yīng)力超過零件材料的屈服極限時(shí)發(fā)生明顯的塑性變形 (永久變形 )。 變形失效 （ 1） 彈性變形失效 不恰當(dāng)?shù)膹椥宰冃瘟繉?dǎo)致失效 。第十一章 機(jī)械零件的失效分析與選材 機(jī)械零件的失效分析 選材原則 典型零件的選材與工藝 第一節(jié) 機(jī)械零件的失效分析 失效 零件由于種種原因 ， 導(dǎo)致其尺寸 、 形狀 、 或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去其原設(shè)計(jì)的的功能 。 一 、 失效形式 常見的失效形式有 變形失效 、 斷裂失效 、 表面損傷失效 等 。 防止彈性畸變的 主要措施 ： 增加零件截面 、 采用彈性模量高的材料 ， 防止超載 。 防止零件塑性變形失效的措施： 采用屈服強(qiáng)度高的材料 ， 進(jìn)行合理的熱處理 ， 防止超載 。 （ 1） 韌性斷裂 斷裂前有明顯的塑性變形 。 （ 2） 脆性斷裂 斷裂前無塑性變形。 （ 3） 疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下 ， 雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn) ， 但經(jīng)過較長時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致發(fā)生斷裂 ， 稱金屬的疲勞斷裂 。 金屬材料一般在高溫下才會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變，而聚合物在常溫下受載就會(huì)產(chǎn)生顯著的蠕變。 蠕變斷裂 表面損失失效 由于磨損 、 疲勞 、 腐蝕等原因 ， 使零部件表面失去正常工作所必須的形狀 、 尺寸和表面粗糙度造成的失效 ， 稱為表面損傷失效 。 如磨粒磨損和粘著磨損 。 （ 3）腐蝕失效 由于化學(xué)或電化學(xué)腐蝕而造成零部件尺寸和性能的改變而導(dǎo)致的失效稱為腐蝕失效。 （ 見下頁 ） 設(shè)計(jì)不合理 選材不合理 加工工藝不合理 裝配及使用不當(dāng) 高溫蠕變 零件失效 加 工 設(shè) 計(jì) 計(jì)算錯(cuò)誤 熱處理缺陷 焊接缺陷 結(jié)構(gòu)外形不合理 工作條件估計(jì)錯(cuò)誤 冷加工缺陷 鑄鍛造缺陷 安裝使用維護(hù)環(huán)境 材料 材質(zhì)低劣 選材不當(dāng) 操作失誤 過載使用 維護(hù)不良 安裝不良 腐蝕 低溫脆性 現(xiàn)場調(diào)查 失效特征 服役條件 失效部位取樣分析 查閱相關(guān)原始資料 原始資料的正確性 制造過程的執(zhí)行情況 冷熱加工質(zhì)量 材料成分 綜合分析 解決方案 正在使用和庫存件的解決方案 新生產(chǎn)件的解決方案 臺架試驗(yàn) 使用考驗(yàn) 三 、 失效分析 的一般程序 第二節(jié) 機(jī)械零件的選材原則 選材的基本原則 使用性能原則 材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。 工藝性能原則 材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。 一、使用性能選材原則 分析零件的工作條件，確定其使用性能： ① 受力情況： 如載荷性質(zhì)（靜載、動(dòng)載、交變載荷）、形式（拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切）、分布（均勻分布、集中分布）與大小，應(yīng)力狀態(tài)； ② 工作環(huán)境： 如溫度（常溫、高溫、低溫或變溫），介質(zhì)（有無腐蝕介質(zhì)、潤滑劑）； ③ 其它要求： 如導(dǎo)熱性、密度與磁性等。 力學(xué)性能指標(biāo)的綜合作用 一般情況下 ， 在提高材料的強(qiáng)度的同時(shí) ， 塑 、 韌性就要下降 ， 當(dāng)塑 、 韌性下降到一定值時(shí) ， 在低
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