8.1机械零件的失效 大一.docVIP

8.1机械零件的失效 机械设备室由零（部）件所组成，每个机械都有它自己特定的功能，或完成规定的运动，或传递力、力矩或能量。所谓失效，主要指某零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材料的组织与性能的变化而不能圆满地完成指定的功能。失效分析对机械零件的选材提出重要依据，是机械设计与制造的重要基础。随着工程技术发展的需要，对零件的可靠性要求日益增高，同时零件的功能、结构、受力、环境等越来越复杂，失效分析工作也显得重要且愈趋复杂。快速、准确地进行失效分析，找出失效原因，提出预防与改进措施，对保障产品的质量和可靠性具有重要的意义。， 8.1.1畸变失效 畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变（长大或缩小）和形状畸变（如弯曲或翘曲）。 畸变失效的零部件，可体现为： 不能承受所规定的载荷； 不能起到规定的作用； 与其他零件的运转发生干扰。 例如车间用的大型吊车，其大车横梁通过两边个两个车轮跨支于两边的钢轨上。当吊物工作时，横梁必产生一定的挠度，如果超过许用挠度，由于梁的弯曲变形以及相应梁的两端过大的转角变形，将导致两边车轮挤住轨道，造成畸变失效（运行干扰）。 1.弹性畸变失效 对于拉、压变形的杆、柱类零件，其过大弹性畸变会导致支撑件（如轴承）过载，或机械因丧失尺度精度二造成动作失误。 对于弯、扭变形的轴类零件，其过大的弹性畸变量（过大挠度、偏角或扭角）会造成轴上啮合零件（如轴承、齿轮）的严重偏载，甚至啮合失常及咬死，进而导致失效；对于某些控制元件，如温度元件，预定的弹性变形（挠度）则是元件所在装置的精度的保证。 对于复合变形的柜架及箱体类零件，要其具有合适的、足够的刚度以保证系统的刚度，特别要防止刚度不当而造成系统振动，降低设备、特别是产品的精度。 影响弹性畸变的主要因素是零件形状、尺寸，材料的弹性模量，零件工作的温度和载荷的大小。零件的结构（形状、尺寸）因素经常是影响是变形大小的关键。 弹性畸变失效是由过大的弹性变形引起的。按照胡克定律，单向受拉(或压)均匀截面的杆件，应力-应变关系可表达为 式中，P为外加载荷；A为杆的截面积；E为弹性应变；00为弹性应力。 零件截面积越大，材料的弹性模量越高，越不容易发生弹性变形失效，从选材的角度出发，为了防止零件的弹性畸变失效，影考虑用弹性畸变失效，应考虑用弹性模量搞的材料。表8-1是一些常用工程材料的弹性模量。 2.塑性畸变失效 塑性畸变是外加力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形（永久变形）。如钢结构房梁、输电塔承载过重发生塑性变形弯曲，导致倒塌；螺栓严重过载被拉长，失去紧固 作用。 引起零件塑性畸变的因素，往往是多种因素的综合结果。设计时对载荷估计不足，对温度、材质缺陷的影响估计太低。加工缺陷，特别是热处理不良造成的缺陷。 塑性变形是零件中的工作过应力超过了材料的屈服强度的结果。受简单静载作用时，零件发生塑性变形的条件为 式中，P为外加载荷；A为杆件截面积。为了增加零件工作的可靠性，设计中进行轻度计算时，许用应力000一般取小于材料屈服强度的应力值，即 式中，k为安全系数，k＞1. 所以，在给定外加载荷条件下，塑性变形的发生取决于零件截面的大小。安全系数k及材料耳朵屈服强度00.零件应选用屈服强度高的材料。表8-2列出了一些常用材料的屈服强度。 3.翘曲畸变失效 翘曲畸变失效是大小与方向上常产生复杂规律的变形，而最终形成翘曲的外形，从而导致严重的翘曲畸变失效。这种畸变往往是由温度、外加载荷、受力截面、材料组成等所引起的不均匀性的组合，其中以温度变化，特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。 如受力钢架翘曲变形；壳体在高温下形状翘曲。 8.1..2 机械零件的断裂失效，尤其是突然断裂带了巨大的损失。 韧性断裂 材料断裂之前发生明显的宏观塑性变形的断裂。当韧性较好的材料所承受的载荷超过该材料的强度极限时，就会发生韧性断裂。 韧性断裂的断口特征： （1）宏观特征 韧性金属的圆试样拉伸的宏观变形方式为颈缩，其典型口味杯椎状撞断口。杯椎状撞断口的底部，晶粒杯拉长，宏观上成纤维状，即断口是由无数小的纤维状“山峰”组成，各个山峰的小斜面大致和拉伸轴近似成45°。“纤维状”是由塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的。纤维状断口的颜色发暗，断口表面对光的反射能力很弱。 韧性金属拉伸试样的断口除杯锥断口形状之外，还有一种剪切断口，这种断口的平面和宏观拉伸大致成45°，即和最大切应力平行，断口比较明亮，断口侧面附近还可以看到有明显 宏观塑性变形的痕迹，这种断口特征是因为所加成应力首先超过材料的抗剪切强度极限所造成。 （2）微观特征 韧窝是韧性材料断口形貌的主要特征，在微观塑性变形区内产生的空洞生核、长大、聚集，最后相互连接导