試析提高機械設(shè)計疲勞極限指標(biāo)的可靠度

1、試析提高機械設(shè)計疲勞極限指標(biāo)的可靠度 摘 要對于機械設(shè)計工作來說，疲勞抗力指標(biāo)是一種相對而言的數(shù)據(jù)類型，在對其進行分析的過程中可以看出，這一指標(biāo)會受到多種因素的影響，其中包括試樣的微觀組織結(jié)構(gòu)，加工方法以及相應(yīng)的實驗條件等等。從現(xiàn)如今機械設(shè)計疲勞極限指標(biāo)的確定上可以看出，指標(biāo)的明確度，材質(zhì)情況以及數(shù)據(jù)形式等都存在著嚴(yán)重的差異，其中比較明顯的就是在設(shè)計的過程中會存在著較多的不科學(xué)性。因此，為了提升機械設(shè)計工作的高效性，需要以提升手冊中相應(yīng)指標(biāo)的可靠度和穩(wěn)定性。只有這樣才能夠不斷對機械設(shè)計結(jié)果的精準(zhǔn)度進行改進。 關(guān)鍵詞疲勞抗力指標(biāo)；微觀缺陷；可靠性設(shè)計 中圖分類號：tp891 文獻標(biāo)識碼：a 文章

2、編號：1009-914x（2015）19-0290-01 在具體的機械設(shè)計疲勞極限指標(biāo)的確定工作中，工作人員應(yīng)該根據(jù)機械設(shè)計的相關(guān)需要來對極限疲勞指標(biāo)的可靠度進行深入分析和改進，這樣才能夠增強機械設(shè)計工作運行的高效性和穩(wěn)定性。另外，還應(yīng)該充分地了解傳統(tǒng)的設(shè)計方式，對影響疲勞強度的指標(biāo)的各種因素進行深入分析，并且采取切實可行的辦法來對疲勞極限指標(biāo)進行完善。 1、傳統(tǒng)設(shè)計方法簡介 從具體的機械設(shè)計工作中可以看出，多數(shù)的零件都能夠獨立地承受相應(yīng)的應(yīng)力，但是，在對零件承受應(yīng)力的程度上看，多數(shù)的零件都處于即將或者是已經(jīng)疲勞斷裂的狀態(tài)下。因此，在進行機械設(shè)計共組中，疲勞斷裂的抗力指標(biāo)也是對零件進行評定的重

3、要指標(biāo)。另外，比較常見的零件指標(biāo)就是彎曲疲勞極限達到1，這一疲勞極限比較普遍，可以在相關(guān)的數(shù)據(jù)以及資料手冊中就可以查閱到。在其他不同類型的應(yīng)力作用下，可以出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞的極限值r1，以及1p。如果零件的承受應(yīng)力達到一定的非對稱循環(huán)應(yīng)力時，可以根據(jù)對稱循環(huán)的疲勞極限來進行相應(yīng)參數(shù)的控制，因此，需要根據(jù)已有的數(shù)據(jù)信息以及應(yīng)力參數(shù)的作用來保證提升繪制材料的相應(yīng)作用。具體來說，需要根據(jù)玄幻特性r，從極限應(yīng)力中獲得相應(yīng)的疲勞極限，并且找到零件和試樣之間的差異，在考慮到應(yīng)力集中的情況下，不斷完善加工方法和相應(yīng)的尺寸因素。在此基礎(chǔ)上，還需要對相應(yīng)的系數(shù)1進行修正。不僅如此，還需要根據(jù)零件的服役要求來對零件的使

4、用壽命進行高效限制。 2、影響疲勞強度指標(biāo)的微觀因素 對于同一類型和規(guī)格的材料來說，在經(jīng)過冶煉之后可以在某一化學(xué)成分上出現(xiàn)一定幅度的變化。另外，再加上其他因素和成分的應(yīng)用，零件的冶煉條件和溫度會發(fā)生一定的變化。其性能和范圍也會出現(xiàn)明顯的差異。材料的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容整體濃度會出現(xiàn)一定的起伏。晶體和晶粒的性能也得到了明顯的體現(xiàn)，這時，金屬內(nèi)部的相關(guān)缺陷也比較明顯。及時在相同的技工條件下都會存在著較大的差異。因此，為了對影響機械設(shè)計疲勞極限指標(biāo)的可靠度的因素進行研究，需要進行相應(yīng)的疲勞試驗，才能夠?qū)ζ溥M行有效的驗證。 經(jīng)過多年的研究和探討可以看出，無論是疲勞破壞還是靜力破壞，在滑移階段體現(xiàn)出了一定的相同

5、性，但是，其差異性也相對比較明顯。在經(jīng)過較大的荷載作用下，塑性變形秦光在大體積的內(nèi)部分布。在受到較大荷載力的情況下，疲勞裂紋的集中程度也出現(xiàn)了一定的晶體顆粒。如果試件的外部存在著一定程度的缺口，就會使得零件的表面比較粗糙，而且內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的夾渣，裂紋以及氣孔等形式。由于在疲勞期受到的破壞性明顯較大，所以，零件的最弱部分必然會受到嚴(yán)重的影響。因此，這些情況需要受到材料商的高度重視。 基于此點，疲勞極限是一個極易受外界條件和內(nèi)部組織影響的參數(shù)。歸納起來，影響疲勞抗力的因素有四大類： 2.1零件本身外形因素：幾何形狀、尺寸和表面狀態(tài)等： 2.2制造工藝因素：鑄、鍛、焊、切削加工、熱處理、表面處理等；

6、 2.3使用條件：應(yīng)力類型及大小、頻率范圍、環(huán)境條件、使用介質(zhì)等； 2.4材料本質(zhì)：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、晶粒大小、纖維方向、夾雜物、偏析等。 在機械設(shè)計中，對于前三種影響因素已做了相應(yīng)考慮，而材料本質(zhì)方面的影響考慮甚少。但實際零件在服役過程中由于材料內(nèi)部的各種微觀缺陷造成突然疲勞斷裂的事故屢見不鮮。但由于材料內(nèi)部組織的復(fù)雜多變，不易控制，對疲勞抗力的影響無規(guī)律可循，給我們的設(shè)計研究帶來很大的不便。尋求一種極有較廣的適應(yīng)性，又能充分考慮設(shè)計者的設(shè)計環(huán)境，而且便于操作的設(shè)計方法，非常必要。在測定疲勞極限過程中，對于疲勞試驗原始數(shù)據(jù)，應(yīng)盡可能詳盡地提供給設(shè)計者，比如疲勞試樣的毛坯類型、終加工方法、形

7、狀尺寸、取樣部位、品粒大小、組織狀態(tài)、材質(zhì)質(zhì)量等。對于小鍛件或壓軋材料，應(yīng)了解試樣與壓軋方向是平行還是垂直。 對于大鍛件應(yīng)知道取樣部位是鋼錠的上端還是下端。對于鑄件，應(yīng)了解是單獨鑄造還是取自鑄件，若是后者，應(yīng)知道取自鑄件的何種部位。因為從鑄件中不同部位切割的試樣，其機械性能懸殊很大。至于切割試樣的方法，使用氣割或電弧切割，都不可避免的使試樣再次加熱，可能會影響到試樣的微觀組織乃至性能。而冷切割時，是否避開了過度冷變形而導(dǎo)致的脆性轉(zhuǎn)變溫度范圍。進行規(guī)定的熱處理之后的組織狀態(tài)如何等等。設(shè)計者只有充分了解了疲勞試樣的制備過程和微觀組織情況，才能根據(jù)所設(shè)計零件的服役條件、重要程度、零件的組織情況等，對

8、手冊中查得的數(shù)據(jù)進行綜合恰當(dāng)?shù)奶幚?，使得設(shè)計過程與疲勞試驗過程更貼切地吻合。 3、現(xiàn)有設(shè)計資料中疲勞強度指標(biāo)的可靠性 如前所述，疲勞實驗數(shù)據(jù)具有極大的分散性，在相同應(yīng)力下其應(yīng)力循環(huán)周次常常在幾倍甚至十倍、百倍的幅度內(nèi)變化。從零件的使用壽命也可以看出，據(jù)統(tǒng)計，同一批生產(chǎn)的滾動軸承使用壽命最高與最低的比值竟高達840。因此。必須采取統(tǒng)計處理方法來獲取數(shù)據(jù)，才能得到接近可靠的疲勞強度指標(biāo)。可靠性設(shè)計方法現(xiàn)在并沒有廣泛的應(yīng)用于機械設(shè)計中，大多數(shù)設(shè)計手冊中的疲勞強度指標(biāo)提供的仍然只是疲勞試樣的牌號、熱處理狀態(tài)和單一實驗數(shù)據(jù)，不免讓人懷疑其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。而材料性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性不足，將增大設(shè)計過程中

9、的盲目性，為日后的事故埋下隱患。 4、結(jié)論 4.1由于疲勞破壞的突然性、高度局限性及對各種內(nèi)在和外在因素影響的敏感性，疲勞抗力指標(biāo)不僅極易受各種因素影響，疲勞實驗數(shù)據(jù)非常分散，而且一旦發(fā)生疲勞失效，常常造成災(zāi)難性事故。在設(shè)計過程中，僅靠目前大多數(shù)手冊中材質(zhì)不明、試驗條件不清、單一的疲勞強度指標(biāo)進行設(shè)計，使設(shè)計結(jié)果具有很大的盲目性和偶然性。提高疲勞抗力指標(biāo)的準(zhǔn)確性和可靠性，是正確進行疲勞設(shè)計的前提。由于疲勞抗力指標(biāo)的上述特點，數(shù)據(jù)全面更新工作，需要投入大量的人力物力，做大量的試驗，決非個人和單位所能承受得了。建議國家科研機構(gòu)花大力氣，盡快組織力量更新資料和手冊中疲勞極限指標(biāo)。 4.2產(chǎn)品固定的企業(yè)應(yīng)建立自己的研究數(shù)據(jù)庫，跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量，從生產(chǎn)及使用過程中積累產(chǎn)品疲勞抗力指標(biāo)的第一手資料，及時反饋到設(shè)計制造過程，更新實驗數(shù)據(jù)。同時加強產(chǎn)品的整機試驗。 4.3本文僅從提高疲勞抗力指標(biāo)可信度的角度來談提高疲勞設(shè)計結(jié)果的可靠性。但提高疲勞抗力.抵抗疲勞失效，一方面需要在設(shè)計過程中正確的衡量、綜合地考慮各種內(nèi)在、外在因素的影響另一方面靠在實踐中積累經(jīng)驗。這是一項非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有待于全體機械設(shè)計工作者的不懈努力。 參考文獻 1 朱曉麗，張國鳳.淺論計算機技術(shù)在機械設(shè)計及自動化教學(xué)中的應(yīng)用j.網(wǎng)絡(luò)財富.2