常见零件失效.docVIP

§3-3-1?机械零件的常见失效形式 ????机械零件由于各种原因造成不能完成规定的功能称为机械零件失效，简称失效。为了使机械零件可靠工作，设计师在设计机械零件时首先要进行失效分析，即在实际工作条件下，按照理论计算、实验和实际观察，充分预计机械零件可能的失效，并采取有效措施加以避免。失效分析是正确设计机械零件的基础，必须充分注意。还应注意，一个机械零件可以有几种失效形式，应全面考虑。????1. 断裂????机械零件在静应力作用下，由于某个危险剖面上的应力超过机械零件材料的强度极限时而发生机械零件的断裂，如螺栓被拧断，铸铁零件在冲击载荷作用下的断裂；机械零件在变应力作用下，机械零件表面应力最大处的应力超过某极限时，产生微裂纹，在变应力作用下，裂纹不断扩展，一旦静强度不够时，机械零件将发生疲劳断裂，如轴的疲劳断裂。机械零件的疲劳断裂占断裂的 80% 以上。疲劳断裂与静应力下的断裂有本质上的不同。疲劳断裂时机械零件所受应力值远远低于材料的抗拉强度极限，甚至远低于材料的屈服极限，材料在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，应力集中、机械零件的表面状态和尺寸大小对机械零件的极限应力有很大影响。当平均应力?σm、?一定时，σa越小，N?越少，疲劳强度越高。图3-13为一轮齿折断失效的齿轮。 图3-13 轮齿折断 图3-14 齿面失效 ????2. 塑性变形????机械零件在外载荷作用下，当其所受应力超过材料的屈服极限时，就会发生塑性变形。在设计机械零件时，一般不允许发生塑性变形。机械零件发生塑性变形后，其形状和尺寸产生永久的变化，破坏零件间的正常相对位置或啮合关系，产生振动、噪音、承载能力下降，严重时，机械零件，甚至机器不能正常工作。例如，齿轮的轮齿发生塑性变形，不能满足正确啮合条件和定传动比传动，在运转时将产生剧烈的振动和噪音；弹簧发生塑性变形后，直接导致丧失其功能。????3. 表面失效????机械零件的表面失效指磨损、胶合和腐蚀等失效。对于高速重载的齿轮传动，齿面间压力、温度大，可能造成相啮合的齿面发生粘连，由于齿面继续相对运动，粘连部分被撕裂，在齿面上产生沿相对运动方向的伤痕，称为胶合，胶合也会发生在其它高速重载条件下相对运动处。机械零件都与其它零件接触，在许多接触处发生微动或明显的相对运动，而且机械零件还可能工作在环境恶劣的条件下，不可避免的发生磨损、腐蚀，在高速或重载下还可能发生胶合。机器外壳或机架由于腐蚀而缺损；机械零件表面失效引起尺寸、形状的改变和表面粗糙度数值下降，影响机器精度，产生振动和噪音，降低机械零件的承载能力，甚至造成机械零件的卡死（如滚动轴承）或断裂等。图3-14为齿轮齿面失效。????4. 弹性变形过大????零件在载荷作用下，将发生弹性变形，如弯曲变形、扭转变形、拉伸变形等。过大的弹性变形将导致零件失效，如机床主轴弹性变形过大，将造成被加工零件精度下降。????5. 破坏正常工作条件导致的失效????有些机械零件必须在特定的工作条件下才能正常工作，一旦其工作条件被破坏就会失效。例如， v 带传动是依靠带和带轮轮槽表面间的摩擦力工作的，若要传递的圆周力超过带和轮间的最大摩擦力，带传动将发生打滑，传动失效；轴承是机器的关键零件之一，轴承没有润滑或润滑不良会发生剧烈的温升或卡死。????6. 振动和噪音过大????对于高速运动的机械零件，可能由于干扰力的频率与零件的固有频率相等或接近，造成机械零件共振，使得振幅急剧增大，导致机械零件或机器损坏。噪音也是一种环境污染，影响人体健康和舒适感觉。限制噪音分贝已成为评定机器质量的指标之一，如空调、汽车等。一般机器的噪音最好控制在 70~80dB 以下。