機械零部件故障分析-在線瀏覽
2025-04-11 09:50本頁面
【正文】 力狀況 ? 載荷類型 ? 載荷性質(zhì) ? 應力狀態(tài) ? 工作環(huán)境 ? 設計制造 ? 設計 ? 材料制造工藝 ? 使用維護 1 ? 靜應力故障 ? 應力狀態(tài) ? 變形故障 ? 斷裂故障 ? 靜應力失效的強度理論 ? 疲勞斷裂故障 ? 磨損故障 ? 腐蝕故障 2 機械零部件的故障模式和機理 ? 故障模式、機理的基本概念 ? 國軍標 GJB45189《可靠性維修性術語》中，故障模式的定義是：故障的表現(xiàn)型式。更確切地說，故障模式一般是對產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范的描述。按失效性質(zhì)和具體特征，每一類型還可以包括幾個小類，如圖 所示。零件上主應力與最大切應力的關系為 ：主應力 /最大切應力 =2 ? 彎曲載荷 ? 垂直于零件軸線的載荷（有時還有力偶），它使零件產(chǎn)生彎曲變形 ? 例如，齒輪輪齒的根部、汽車的鋼板彈簧等，工作中承受彎曲載荷 ? 在彎曲載荷作用下，零件橫截面上的主應力分布的規(guī)律是：從表面應力最大改變到中性軸線處應力為零。 7 基本載荷類型 ? 扭轉(zhuǎn)載荷 ? 作用在垂直于零件軸線平面內(nèi)的力偶，它使零件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。 ? 表（ d）表示螺栓在連接接合面處受剪切，并與被連接孔壁互壓。 ? 在剪切載荷作用下，力大小沿平行于最小切應力的橫截面上均勻的。零件受載后在接觸部位的正交壓縮載荷稱為接觸載荷。 ? 在接觸載荷作用下，主應力與最大切應力之比是不定。 9 應力分布情況 載荷類型 軸向載荷 彎曲載荷 扭轉(zhuǎn)載荷 剪切載荷 接觸載荷 拉 伸壓 縮壓 縮懸 臂簡 單 彎 曲+_+_中 性 軸中 性 軸中 性 軸5種基本載荷類型 10 載荷性質(zhì) ? 靜載荷 ? 緩緩地施加于零件上的載荷，或恒定的載荷 ? 沖擊載荷 ? 以很大速度作用于零件上的載荷，沖擊載荷往往表現(xiàn)為能量載荷 ? 交變載荷 ? 載荷的大小、方向隨時間變化的載荷，其變化可以是周期性的，也可以是無規(guī)則的 11 交變載荷 ? 對稱循環(huán)應力 ? 等值交變的拉伸、壓縮和剪切應力。其最大應力和最小應力數(shù)值相等但符號相反，其應力比 r=1 ? 脈動循環(huán)應力 ? 單向應力，其應力值從零變化到最大， r=0。 ? 非對稱循環(huán)應力 ? 應力值由最小到最大變化，最小應力既可能是正值，也可能負值。 ? 隨機循環(huán)應力 ? 實際運轉(zhuǎn)的機器，由于服役條件可能發(fā)生變化，例如，開車、停車，工作載荷可能有大有小，運轉(zhuǎn)可能時快時慢，所以交變應力的波形、應力幅大小、方向和周期都隨時間而變化。從不同角度分類，零件的應力狀態(tài)可分為單向應力，多向應力；“軟性”應力狀態(tài)、“硬性”應力狀態(tài)等。一般情況下，一個點的三軸應力可用九個應力來表示，如圖所示。 ?這里介紹“軟性”應力狀態(tài)、“硬性”應力狀態(tài)對零件變形及斷裂形式的影響 17 應力狀態(tài) ? 通常用軟性系數(shù) 表示最大切應力和最大正應力的比值大小 ? 是應力狀態(tài)的一種標志，稱為應力狀態(tài)的軟性系數(shù)。 ? 因加載方式的不同， 的值不同。無論哪一種，其應力和應變都是單值對應的關系。 ?由塑性變形引起的失效稱為屈服失效 ?特征：失效件有明顯的塑性變形 ?防止及改進措施 ?降低實際應力 ?提高材料的屈服強度 22 斷裂故障 ? 塑性斷裂 ? 塑性斷裂失效：當零件所受實際應力高于材料的屈服強度時，將產(chǎn)生塑性變形。 ? 特征 ? 在裂紋或斷口附近有宏觀塑性變形，或者在塑性變形（截面收縮）處有用肉眼或探傷儀能檢測出的裂紋 ?用掃描電鏡觀察，斷口上存在大面積的韌窩 ?用高倍金相顯微鏡觀察，裂紋或斷口附近的組織有明顯的塑性變形層 23 斷裂故障 ? 塑性斷裂 ? 改進措施 ?除了與屈服失效相同的改進措施外，應在設計上采用變形限位裝置或者增加變形保護報警系統(tǒng)等 ? 不同加載方式下的斷裂情況， 如表 所示 ? 零件材料的強度指標（剪切屈服強度 、切斷抗力 和正斷抗力 ）與外加載荷所產(chǎn)生的應力狀態(tài)如何配合，決定零件的斷裂形式。斷裂應力低于材料屈服強度，因此稱為低應力脆斷 ? 特征： ?斷裂部位在宏觀上幾乎看不出或者完全沒有塑性變形，碎塊斷口可以拼合復原 ?起裂部位常在變截面處即應力集中部位，或者存在表面缺陷或內(nèi)部缺陷處 ?形成平斷口，斷口平面與主應力方向垂直 ?斷口呈細瓷狀，較光亮，對著光線轉(zhuǎn)動，可看到閃光刻畫，無剪切唇 ?斷裂常發(fā)生于低溫條件下，或受沖擊載荷作用時 ?斷裂過程瞬間完成，無預兆 27 斷裂故障 ? 脆性斷裂 ? 防止和改進措施 ?從設計上考慮，應保證工作溫度高于材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，對在低溫下工作的零件應選用脆性轉(zhuǎn)變溫度比工作溫度更低的材料；盡量避免三向應力的工作條件，減緩應力集中 ?從工藝上考慮，應正確執(zhí)行工藝規(guī)程，避免諸如過熱、過燒、回火脆性、焊接裂紋及淬火裂紋等。對于電鍍件應及時進行去氫處理 ?從操作上考慮，應遵守設計規(guī)定的使用條件，操作平穩(wěn)，盡量避免沖擊載荷 28 靜應力失效的強度理論 ? 二十世紀以來，提出了很多通過機械零件在多軸應力狀態(tài)下的關鍵點預計失效的模型。 ? 一般情況下，一個點的三軸應力可用九個應力來表示，如圖所示?！?
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