理论教育 机械零件的失效形式分析与优化方案

机械零件的失效形式分析与优化方案

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据零件承受载荷的类型和外界条件及失效的特点,失效形式可归纳为三大类:过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效,如图10.1所示。机器零件最常见的失效形式有以下几种:塑性变形。零件受大于屈服载荷的外力作用时将发生塑性变形,其位置相对于其他零件发生变化,致使整个机器运转不良,导致失效。当其蠕变量超过规定范围后则处于不安全状态,严重时可能与其他零件相碰,使设备不能正常工作,产生失效。

机械零件的失效形式分析与优化方案

根据零件承受载荷的类型和外界条件及失效的特点,失效形式可归纳为三大类:过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效,如图10.1所示。

图10.1 零件失效方式分类

同一种零件可有几种不同的失效形式,对应于不同的失效形式,零件具有不同的抗力,在使用过程中也可能有不止一种失效形式发生作用,但零件在实际失效时一般总是一种失效形式起主导作用,很少同时以两种或两种以上形式失效。究竟哪些是主导因素,应作具体的失效分析。

机器零件最常见的失效形式有以下几种:

(1)塑性变形。零件受大于屈服载荷的外力作用时将发生塑性变形,其位置相对于其他零件发生变化,致使整个机器运转不良,导致失效。例如变速箱中齿轮的齿形发生塑性变形将造成啮合不良,发出振动的噪声,甚至发生卡齿或断齿,引起设备事故。另外,键扭曲、螺栓受载后伸长等,都会引起过量塑性变形而失效。(www.daowen.com)

(2)弹性失稳。零件受外力作用产生弹性变形,如果弹性变形过量,将使设备不能正常工作。如车床主轴工作中发生过量弹性弯曲变形,不仅产生振动,而且会使零件加工质量下降,还会使轴与轴承配合不良而失效。

(3)蠕变断裂。受长期固定载荷的零件,在工作中特别是在高温下发生蠕变。当其蠕变量超过规定范围后则处于不安全状态,严重时可能与其他零件相碰,使设备不能正常工作,产生失效。如锅炉汽轮机燃气轮机航空发动机及其他热机的零部件,常常由于蠕变产生的塑性变形、应力松弛而失效。

(4)磨损。两相互接触的零件相对运动时,表面发生磨损。磨损使零件尺寸变化,精度降低,甚至发生咬合、剥落,不能继续工作。如轴承轴颈部件润滑失效时,可发生擦伤甚至咬死等损伤;齿轮副、凸轮副、滚动轴承的滚动体与外座圈、轮箍与钢轨等可能产生表面疲劳磨损。

(5)快速断裂。受单调载荷的零件可发生韧性断裂或脆性断裂。韧性断裂是屈服变形的结果;脆性断裂时无明显塑性变形,常在低应力下突然发生,它的情况比较复杂,在高、低温下能发生,在静载、冲击载荷时可发生,光滑、缺口构件也可以发生,但最多的是有尖锐缺口或裂纹的构件,在低温或受冲击载荷时发生低应力断裂。

(6)疲劳断裂。在交变应力作用下,虽然零件所承受的应力低于材料的屈服强度,但经过长时间的工作而产生裂纹导致材料断裂,断裂前往往没有明显征兆。如汽车板弹簧在长时间工作下发生疲劳断裂。

(7)应力腐蚀断裂。零件在某些环境中受载时,由于应力和腐蚀介质的联合作用,发生低应力脆性断裂。

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