試析提高機(jī)械設(shè)計(jì)疲勞極限指標(biāo)的可靠度

1、試析提高機(jī)械設(shè)計(jì)疲勞極限指標(biāo)的可靠度 摘 要對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，疲勞抗力指標(biāo)是一種相對(duì)而言的數(shù)據(jù)類型，在對(duì)其進(jìn)行分析的過(guò)程中可以看出，這一指標(biāo)會(huì)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(shí)驗(yàn)條件等等。從現(xiàn)如今機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)的過(guò)程中會(huì)存在著較多的不科學(xué)性。因此，為了提升機(jī)械設(shè)計(jì)工作的高效性，需要以提升手冊(cè)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(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果的精準(zhǔn)度進(jìn)行改進(jìn)。 關(guān)鍵詞疲勞抗力指標(biāo)；微觀缺陷；可靠性設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)：tp891 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章

2、編號(hào)：1009-914x（2015）19-0290-01 在具體的機(jī)械設(shè)計(jì)疲勞極限指標(biāo)的確定工作中，工作人員應(yīng)該根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)需要來(lái)對(duì)極限疲勞指標(biāo)的可靠度進(jìn)行深入分析和改進(jìn)，這樣才能夠增強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作運(yùn)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(jì)方式，對(duì)影響疲勞強(qiáng)度的指標(biāo)的各種因素進(jìn)行深入分析，并且采取切實(shí)可行的辦法來(lái)對(duì)疲勞極限指標(biāo)進(jìn)行完善。 1、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 從具體的機(jī)械設(shè)計(jì)工作中可以看出，多數(shù)的零件都能夠獨(dú)立地承受相應(yīng)的應(yīng)力，但是，在對(duì)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(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)共組中，疲勞斷裂的抗力指標(biāo)也是對(duì)零件進(jìn)行評(píng)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(dá)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(cè)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(dá)到一定的非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)，可以根據(jù)對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限來(lái)進(jìn)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(lái)保證提升繪制材料的相應(yīng)作用。具體來(lái)說(shuō)，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(duì)相應(yīng)的系數(shù)1進(jìn)行修正。不僅如此，還需要根據(jù)零件的服役要求來(lái)對(duì)零件的使

4、用壽命進(jìn)行高效限制。 2、影響疲勞強(qiáng)度指標(biāo)的微觀因素 對(duì)于同一類型和規(guī)格的材料來(lái)說(shuō)，在經(jīng)過(guò)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(huì)發(fā)生一定的變化。其性能和范圍也會(huì)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(huì)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(shí)，金屬內(nèi)部的相關(guān)缺陷也比較明顯。及時(shí)在相同的技工條件下都會(huì)存在著較大的差異。因此，為了對(duì)影響機(jī)械設(shè)計(jì)疲勞極限指標(biāo)的可靠度的因素進(jìn)行研究，需要進(jìn)行相應(yīng)的疲勞試驗(yàn)，才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的驗(yàn)證。 經(jīng)過(guò)多年的研究和探討可以看出，無(wú)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(duì)比較明顯。在經(jīng)過(guò)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(huì)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(huì)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(diǎn)，疲勞極限是一個(gè)極易受外界條件和內(nèi)部組織影響的參數(shù)。歸納起來(lái)，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(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)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(shí)際零件在服役過(guò)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(duì)疲勞抗力的影響無(wú)規(guī)律可循，給我們的設(shè)計(jì)研究帶來(lái)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(jì)者的設(shè)計(jì)環(huán)境，而且便于操作的設(shè)計(jì)方法，非常必要。在測(cè)定疲勞極限過(guò)程中，對(duì)于疲勞試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，應(yīng)盡可能詳盡地提供給設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)于大鍛件應(yīng)知道取樣部位是鋼錠的上端還是下端。對(duì)于鑄件，應(yīng)了解是單獨(dú)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?yàn)閺蔫T件中不同部位切割的試樣，其機(jī)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(huì)影響到試樣的微觀組織乃至性能。而冷切割時(shí)，是否避開了過(guò)度冷變形而導(dǎo)致的脆性轉(zhuǎn)變溫度范圍。進(jìn)行規(guī)定的熱處理之后的組織狀態(tài)如何等等。設(shè)計(jì)者只有充分了解了疲勞試樣的制備過(guò)程和微觀組織情況，才能根據(jù)所設(shè)計(jì)零件的服役條件、重要程度、零件的組織情況等，對(duì)

8、手冊(cè)中查得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合恰當(dāng)?shù)奶幚恚沟迷O(shè)計(jì)過(guò)程與疲勞試驗(yàn)過(guò)程更貼切地吻合。 3、現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料中疲勞強(qiáng)度指標(biāo)的可靠性 如前所述，疲勞實(shí)驗(yàn)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(jì)，同一批生產(chǎn)的滾動(dòng)軸承使用壽命最高與最低的比值竟高達(dá)840。因此。必須采取統(tǒng)計(jì)處理方法來(lái)獲取數(shù)據(jù)，才能得到接近可靠的疲勞強(qiáng)度指標(biāo)。可靠性設(shè)計(jì)方法現(xiàn)在并沒(méi)有廣泛的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，大多數(shù)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的疲勞強(qiáng)度指標(biāo)提供的仍然只是疲勞試樣的牌號(hào)、熱處理狀態(tài)和單一實(shí)驗(yàn)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(jì)過(guò)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)過(guò)程中，僅靠目前大多數(shù)手冊(cè)中材質(zhì)不明、試驗(yàn)條件不清、單一的疲勞強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)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(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)的前提。由于疲勞抗力指標(biāo)的上述特點(diǎn)，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(yàn)，決非個(gè)人和單位所能承受得了。建議國(guó)家科研機(jī)構(gòu)花大力氣，盡快組織力量更新資料和手冊(cè)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(kù)，跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量，從生產(chǎn)及使用過(guò)程中積累產(chǎn)品疲勞抗力指標(biāo)的第一手資料，及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)制造過(guò)程，更新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)品的整機(jī)試驗(yàn)。 4.3本文僅從提高疲勞抗力指標(biāo)可信度的角度來(lái)談提高疲勞設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有待于全體機(jī)械設(shè)計(jì)工作者的不懈努力。 參考文獻(xiàn) 1 朱曉麗，張國(guó)鳳.淺論計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化教學(xué)中的應(yīng)用j.網(wǎng)絡(luò)財(cái)富.2