機電設(shè)備故障及其零部件失效機理概述

1、1.1 概述故障研究的目的是要查明故障模式故障研究的目的是要查明故障模式,追尋故障追尋故障機理機理,探求減少故障的方法探求減少故障的方法,提高機電設(shè)備的可提高機電設(shè)備的可靠程度和有效利用率靠程度和有效利用率故障定義故障定義:故障含兩層含義故障含兩層含義:一是機械系統(tǒng)偏離正常功能一是機械系統(tǒng)偏離正常功能;二是其二是其功能失效功能失效關(guān)于失效的基本概念關(guān)于失效的基本概念1 1 零件（構(gòu)件）的功能零件（構(gòu)件）的功能 （1 1）在一定的壓力、溫度、介質(zhì)下，）在一定的壓力、溫度、介質(zhì)下，保持規(guī)定的形狀和尺寸；保持規(guī)定的形狀和尺寸； （2 2）實現(xiàn)規(guī)定的機械運動；）實現(xiàn)規(guī)定的機械運動； （3 3）傳遞力和

2、能。）傳遞力和能。2 2 失效的定義和形式失效的定義和形式 定義定義: : 零件失去設(shè)計所要求的效能零件失去設(shè)計所要求的效能（功能）稱為失效。（功能）稱為失效。 常見的失效形式：磨損、腐蝕、過常見的失效形式：磨損、腐蝕、過量變形、斷裂量變形、斷裂故障分類1.按故障性質(zhì)分按故障性質(zhì)分間歇性故障間歇性故障 設(shè)備只是在短期內(nèi)喪失某些功設(shè)備只是在短期內(nèi)喪失某些功能能,在對設(shè)備稍加修理調(diào)試或在外部干擾消在對設(shè)備稍加修理調(diào)試或在外部干擾消失后失后,功能即可恢復(fù)功能即可恢復(fù).多半由機電設(shè)備外部原多半由機電設(shè)備外部原因如工人誤操作、氣候變化因如工人誤操作、氣候變化、環(huán)境設(shè)施不環(huán)境設(shè)施不良等因素引起良等因素引起

3、永久性故障永久性故障 此類故障必須經(jīng)人工修理才能恢此類故障必須經(jīng)人工修理才能恢復(fù)功能復(fù)功能.該故障一般是因為某些零部件損壞引該故障一般是因為某些零部件損壞引起的起的故障分類2.按故障程度分按故障程度分局部性故障局部性故障 設(shè)備只是某一部功能喪失設(shè)備只是某一部功能喪失,不影響不影響設(shè)備其它功能的實現(xiàn)設(shè)備其它功能的實現(xiàn)(如冷卻電機如冷卻電機)整體性故障整體性故障 雖然設(shè)備只是某一部功能喪失雖然設(shè)備只是某一部功能喪失,但卻使設(shè)備整體功能不能實現(xiàn)但卻使設(shè)備整體功能不能實現(xiàn)(如主電動機如主電動機故障故障)故障分類3.按故障形成速度分按故障形成速度分突發(fā)性故障突發(fā)性故障 故障發(fā)生具有偶然性和突發(fā)性故障發(fā)生

4、具有偶然性和突發(fā)性,一般與一般與設(shè)備使用時間無關(guān)設(shè)備使用時間無關(guān),故障發(fā)生前無明顯征兆故障發(fā)生前無明顯征兆,通過早通過早期試驗或測試很難預(yù)測期試驗或測試很難預(yù)測,一般是由工藝系統(tǒng)本身不一般是由工藝系統(tǒng)本身不利因素與偶然的外界影響因素共同作用的結(jié)果利因素與偶然的外界影響因素共同作用的結(jié)果 緩變性故障緩變性故障 故障發(fā)展緩慢故障發(fā)展緩慢,一般在設(shè)備有效壽命一般在設(shè)備有效壽命的后期出現(xiàn)的后期出現(xiàn),其發(fā)生概率與使用時間有關(guān)其發(fā)生概率與使用時間有關(guān),能夠通能夠通過早期試驗或測試進行預(yù)測過早期試驗或測試進行預(yù)測,通常是因零部件的通常是因零部件的腐蝕磨損疲勞以及老化等發(fā)展形成的腐蝕磨損疲勞以及老化等發(fā)展形成

5、的故障分類4.按故障形成原因分按故障形成原因分操作或管理失誤形成的故障操作或管理失誤形成的故障 設(shè)備未按原設(shè)計規(guī)定的條件設(shè)備未按原設(shè)計規(guī)定的條件使用使用,形成設(shè)備錯用、精機粗用形成設(shè)備錯用、精機粗用設(shè)備內(nèi)在原因形成的故障設(shè)備內(nèi)在原因形成的故障 一般是設(shè)備由于設(shè)計、制一般是設(shè)備由于設(shè)計、制造遺留下的缺陷造遺留下的缺陷(如加工殘余應(yīng)力、局部薄弱環(huán)節(jié)等如加工殘余應(yīng)力、局部薄弱環(huán)節(jié)等)或材料內(nèi)部潛在的缺陷造成的或材料內(nèi)部潛在的缺陷造成的.該故障無法預(yù)測該故障無法預(yù)測,是突是突發(fā)性故障的重要原因發(fā)性故障的重要原因自然故障設(shè)備在有效期內(nèi)自然故障設(shè)備在有效期內(nèi),因受到外部或內(nèi)部多種自然因受到外部或內(nèi)部多種自

6、然因素影響而引起的故障因素影響而引起的故障,如正常情況下零部件的磨損如正常情況下零部件的磨損、斷裂斷裂、腐蝕、變形腐蝕、變形、蠕變?nèi)渥?、疲勞以及老化等疲勞以及老化等故障分?.按故障造成的后果分按故障造成的后果分致命故障致命故障 危及或?qū)е聜?、引起設(shè)備報廢或造成重危及或?qū)е聜?、引起設(shè)備報廢或造成重大經(jīng)濟損失的故障大經(jīng)濟損失的故障.如機架或機體斷裂、車輪脫落、如機架或機體斷裂、車輪脫落、發(fā)動機總成報廢等發(fā)動機總成報廢等嚴重故障嚴重故障 是指嚴重影響設(shè)備正常使用是指嚴重影響設(shè)備正常使用,在短期內(nèi)無法排在短期內(nèi)無法排除的故障除的故障.如發(fā)動機燒瓦、曲軸斷裂、箱體開裂、齒輪如發(fā)動機燒瓦、曲軸斷裂、

7、箱體開裂、齒輪損壞等損壞等一般故障一般故障 指影響設(shè)備正常使用指影響設(shè)備正常使用,但在短期內(nèi)能排除的故障但在短期內(nèi)能排除的故障.如如V型帶斷裂、操縱手輪手柄損壞、電器開關(guān)損壞、輕型帶斷裂、操縱手輪手柄損壞、電器開關(guān)損壞、輕微滲漏和一般緊固件松動等微滲漏和一般緊固件松動等故障分類6.按故障表現(xiàn)形式分功能故障和潛在故障按故障表現(xiàn)形式分功能故障和潛在故障7.按故障形成的時間分按故障形成的時間分 早期故障和隨時間變化的早期故障和隨時間變化的故障及隨機故障故障及隨機故障8.按故障程度和形成快慢分按故障程度和形成快慢分 破壞性故障和漸衰破壞性故障和漸衰失效性故障失效性故障故障的規(guī)律T1早期故障期 T2隨機

8、故障期 T3耗損故障期(設(shè)計、制造) (設(shè)計、零部件缺陷 (耗損) 維護不良、操作不當) 1.2 機械零件的磨損機械零件的磨損是零件失效的主要模式機械零件的磨損是零件失效的主要模式,設(shè)備零設(shè)備零件失效報廢件失效報廢80是由磨損引起的是由磨損引起的1.跑合（磨合）磨損階段磨合的初期摩擦副表面具有微觀波峰,使得零件間實際接觸面積較小,接觸應(yīng)力很大,因此零件表面的塑性變形大、磨損速度快選擇合理的載荷速度和潤滑等參數(shù)是縮短磨合期的關(guān)鍵因素零件磨損的一般規(guī)律零件磨損的一般規(guī)律零件磨損的一般規(guī)律零件磨損的一般規(guī)律2.穩(wěn)定磨損穩(wěn)定磨損(正常工作正常工作)階段階段 隨著磨合的進行表面粗糙峰逐漸磨平隨著磨合的進

9、行表面粗糙峰逐漸磨平,實際接觸面逐漸增大實際接觸面逐漸增大,另另一方面由于塑性變形導(dǎo)致冷作硬化一方面由于塑性變形導(dǎo)致冷作硬化,因此磨損速率下降至穩(wěn)定因此磨損速率下降至穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài),正常磨損條件已建立正常磨損條件已建立,該階段的持續(xù)時間較長該階段的持續(xù)時間較長 合理地使用保養(yǎng)與維護設(shè)備是延長該階段的關(guān)鍵合理地使用保養(yǎng)與維護設(shè)備是延長該階段的關(guān)鍵零件磨損的一般規(guī)律零件磨損的一般規(guī)律3.急劇急劇(崩潰崩潰)磨損階段磨損階段 隨著磨合的長期進行隨著磨合的長期進行,實際接觸面間隙逐漸增大實際接觸面間隙逐漸增大,造成潤滑條件改造成潤滑條件改變變,配合間隙增大配合間隙增大,幾何變形幾何變形,易產(chǎn)生沖擊等因素

10、使磨損速率加快乃易產(chǎn)生沖擊等因素使磨損速率加快乃至急劇增加至急劇增加.此時此時,機械效率明顯下降機械效率明顯下降,精度降低精度降低,若不采取相應(yīng)措施若不采取相應(yīng)措施有可能導(dǎo)致設(shè)備故障或意外事故有可能導(dǎo)致設(shè)備故障或意外事故 及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)將進入該階段工作的零部件是關(guān)鍵及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)將進入該階段工作的零部件是關(guān)鍵磨損的類型磨損的類型根據(jù)磨損結(jié)果根據(jù)磨損結(jié)果點蝕磨損膠合磨損擦傷磨損磨料磨損疲勞磨損粘著磨損腐蝕磨損微動磨損根據(jù)磨損機理根據(jù)磨損機理第一節(jié)第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過量變形零件在常溫靜載下的過量變形 材料的靜載性能指標有哪些材料的靜載性能指標有哪些? 什么是過量彈性變形失效什么是過量彈性變

11、形失效?發(fā)生過量彈性發(fā)生過量彈性變形的原因是什么變形的原因是什么?設(shè)計時應(yīng)選擇什么性設(shè)計時應(yīng)選擇什么性能指標能指標? 發(fā)生過量塑性變形的原因是什么發(fā)生過量塑性變形的原因是什么?抗力指抗力指標有哪些標有哪些?問問 題題一、材料的靜載性能指標一、材料的靜載性能指標 剛度和強度指標剛度和強度指標 彈性和塑性指標彈性和塑性指標 硬度指標硬度指標 韌性指標（放在斷裂中講）韌性指標（放在斷裂中講）1、剛度、剛度 剛度：零構(gòu)件在受力時抵抗彈性變形的能力。剛度：零構(gòu)件在受力時抵抗彈性變形的能力。等于材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積。等于材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積。 剛度越大，零構(gòu)件發(fā)生的彈性變形越小。剛

12、度越大，零構(gòu)件發(fā)生的彈性變形越小。（在同樣的載荷下）（在同樣的載荷下）2、強度、彈性塑性指標、強度、彈性塑性指標試樣的靜拉伸過程試樣的靜拉伸過程彈性變形、彈性變形、塑性變形塑性變形彈性變形彈性變形非線性彈性非線性彈性變形變形（1）強度：材料抵抗變形或者斷裂的能力）強度：材料抵抗變形或者斷裂的能力比例極限比例極限s sp彈性極限彈性極限s se屈服強度屈服強度s ss抗拉強度抗拉強度s sb斷裂強度斷裂強度s sk強度指標單位：強度指標單位：MPa（2）彈性和塑性指標）彈性和塑性指標彈性：材料發(fā)生彈性變形的大小。彈性：材料發(fā)生彈性變形的大小。塑性：材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。塑性：材料斷裂前發(fā)

13、生塑性變形的能力。彈性指標：彈性能（彈性比功）彈性指標：彈性能（彈性比功）m m塑性指標：斷后伸長率塑性指標：斷后伸長率d d 斷面收縮斷面收縮 3硬度硬度硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。硬度指標：物理意義與試驗方法有關(guān)硬度指標：物理意義與試驗方法有關(guān) 滑痕法硬度值（莫氏硬度）滑痕法硬度值（莫氏硬度） 彈性回跳法硬度值（肖氏硬度）彈性回跳法硬度值（肖氏硬度） 壓入法硬度值（工業(yè)中應(yīng)用廣泛）壓入法硬度值（工業(yè)中應(yīng)用廣泛）布氏硬度（布氏硬度（HBS)淬火鋼球淬火鋼球洛氏硬度洛氏硬度(HRC)（錐角為（錐角為120的金剛石圓錐體）的金剛石圓錐體）維氏硬度維氏硬度(

14、HV)（錐面角為（錐面角為136 的金剛石四棱錐體為壓頭的金剛石四棱錐體為壓頭二、過量變形失效二、過量變形失效1 過量彈性變形及抗力指標過量彈性變形及抗力指標2（1）零構(gòu)件發(fā)生過量彈性變形失效：零構(gòu)件發(fā)生過量彈性變形失效：3 D Dl D Dl (拉壓或者彎曲條件下）拉壓或者彎曲條件下）4或者或者 q q q q （扭轉(zhuǎn)條件下）（扭轉(zhuǎn)條件下）5（2）過量彈性變形的原因：零構(gòu)件的剛度不夠）過量彈性變形的原因：零構(gòu)件的剛度不夠6（3）抗力指標：彈性模量）抗力指標：彈性模量E或者切變模量或者切變模量G2 過量塑性變形及抗力指標過量塑性變形及抗力指標3（1）發(fā)生條件：塑性變形量超過允許變形量）發(fā)生條件

15、：塑性變形量超過允許變形量4（2）原因：偶而過載或者零構(gòu)件本身抵抗塑性變）原因：偶而過載或者零構(gòu)件本身抵抗塑性變形的能力不夠形的能力不夠5（3）抗力指標：比例極限、彈性極限和屈服極）抗力指標：比例極限、彈性極限和屈服極限限總總 結(jié)結(jié)零構(gòu)件發(fā)生過彈性變形的原因：剛度不足零構(gòu)件發(fā)生過彈性變形的原因：剛度不足抗力指標：彈性模量抗力指標：彈性模量E或者切變模量或者切變模量G強強 調(diào)！調(diào)！金屬和合金的彈性模量不能通過合金化和熱處理、金屬和合金的彈性模量不能通過合金化和熱處理、冷變形等方法改變。冷變形等方法改變。本節(jié)中本節(jié)中所講的所講的材料的材料的力學(xué)性力學(xué)性能指標能指標及應(yīng)用及應(yīng)用剛度剛度：在設(shè)計中，考

16、慮構(gòu)件在受力時在設(shè)計中，考慮構(gòu)件在受力時發(fā)生的彈性變形量，需要用剛度。主發(fā)生的彈性變形量，需要用剛度。主要力學(xué)性能是材料的彈性模量。如鏜要力學(xué)性能是材料的彈性模量。如鏜床的鏜桿、齒輪軸等床的鏜桿、齒輪軸等彈性指標彈性指標：彈性極限和彈性模量彈性極限和彈性模量是設(shè)計彈性零件考慮的性能指標。是設(shè)計彈性零件考慮的性能指標。如汽車板簧和各類彈簧等如汽車板簧和各類彈簧等強度和塑性指標：屈服強度強度和塑性指標：屈服強度和塑性用于一般零件的抗斷和塑性用于一般零件的抗斷裂設(shè)計。裂設(shè)計。硬度硬度：在耐磨零件中必須考慮的性能在耐磨零件中必須考慮的性能指標。如滾珠軸承、活塞環(huán)等指標。如滾珠軸承、活塞環(huán)等.第二節(jié)第二

17、節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂問問 題題1斷裂可分為幾類？韌性斷裂和脆性斷裂如何區(qū)分？斷裂可分為幾類？韌性斷裂和脆性斷裂如何區(qū)分？2斷裂過程分為幾個階段？韌性斷裂和脆性斷裂的斷裂過程斷裂過程分為幾個階段？韌性斷裂和脆性斷裂的斷裂過程的區(qū)別在哪里？的區(qū)別在哪里？3什么是材料的韌性？評價材料韌性的力學(xué)性能指標有哪些？什么是材料的韌性？評價材料韌性的力學(xué)性能指標有哪些？4材料韌性指標的含義及應(yīng)用？材料韌性指標的含義及應(yīng)用？一、基本概念一、基本概念 靜載荷和沖擊載荷靜載荷和沖擊載荷 斷裂：材料在外力作用下發(fā)生局部開裂或分裂為兩個斷裂：材料在外力作用下發(fā)生局部開裂或分裂為兩

18、個或者兩個以上部分的現(xiàn)象?；蛘邇蓚€以上部分的現(xiàn)象。 斷裂的分類：脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂、過載斷斷裂的分類：脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂、過載斷裂裂 斷裂過程：裂紋萌生和裂紋擴展斷裂過程：裂紋萌生和裂紋擴展 韌性：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能韌性：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。力。韌性斷裂和脆性斷裂的斷口微觀形貌韌性斷裂和脆性斷裂的斷口微觀形貌韌性韌性斷口斷口脆性脆性斷口斷口二、沖擊韌性及衡量指標二、沖擊韌性及衡量指標1沖擊韌性：材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功沖擊韌性：材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。是材料強度和塑性的綜合表和斷裂功的能力。是材料

19、強度和塑性的綜合表現(xiàn)?，F(xiàn)。2衡量指標：沖擊吸收功衡量指標：沖擊吸收功Ak3沖擊韌度沖擊韌度ak(ak Ak/Fk )3應(yīng)用：評價材料韌性的好壞，與屈服強度結(jié)合用應(yīng)用：評價材料韌性的好壞，與屈服強度結(jié)合用于一般零件抗斷裂設(shè)計。于一般零件抗斷裂設(shè)計。4低溫沖擊試驗：低溫沖擊試驗：(材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK)材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK的確定和應(yīng)用的確定和應(yīng)用三、斷裂韌性及衡量指標三、斷裂韌性及衡量指標1斷裂韌度斷裂韌度KIC: 是評定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標，是評定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標，指的是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。指的是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 單

20、位：單位：MPam 1/2 或者或者 MN m-3/22應(yīng)用應(yīng)用（判斷構(gòu)件是否安全，合理選材）（判斷構(gòu)件是否安全，合理選材）KI KIC 構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂 KI KIC 構(gòu)件發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的臨界條件構(gòu)件發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的臨界條件3應(yīng)用場合：主要用于高強度鋼制造的飛機、導(dǎo)彈和火應(yīng)用場合：主要用于高強度鋼制造的飛機、導(dǎo)彈和火箭的零件，或者是用中低強度鋼制造氣輪機轉(zhuǎn)子、大箭的零件，或者是用中低強度鋼制造氣輪機轉(zhuǎn)子、大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子等。型發(fā)電機轉(zhuǎn)子等。四、影響脆性斷裂的因素四、影響脆性斷裂的因素 溫度和加載速度溫度和加載速度 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 零件尺寸零件尺寸總總 結(jié)結(jié) 材料的斷裂

21、分為：韌性斷裂和脆性斷裂材料的斷裂分為：韌性斷裂和脆性斷裂 材料的韌性指標：沖擊吸收功、沖擊韌度、材料韌材料的韌性指標：沖擊吸收功、沖擊韌度、材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度和斷裂韌度，前三個用于評價材料韌性脆轉(zhuǎn)變溫度和斷裂韌度，前三個用于評價材料韌性的好壞；斷裂韌度可用于材料抵抗低應(yīng)力脆性斷裂的好壞；斷裂韌度可用于材料抵抗低應(yīng)力脆性斷裂的設(shè)計。的設(shè)計。 材料的以上韌性指標均可用合金化和熱處理等方法材料的以上韌性指標均可用合金化和熱處理等方法改變。改變。第三節(jié)第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂零件在交變載荷下的疲勞斷裂問問 題題1什么是疲勞斷裂？什么是疲勞斷裂？2疲勞斷口由哪幾個部分組成？疲勞斷口由哪幾個部分

22、組成？3疲勞抗力指標有哪些？在設(shè)計中如何使疲勞抗力指標有哪些？在設(shè)計中如何使用這些指標？用這些指標？一、基本概念一、基本概念1交變載荷：載荷大小和方向隨時間發(fā)生周期交變載荷：載荷大小和方向隨時間發(fā)生周期變化的載荷。變化的載荷。2疲勞斷裂：金屬零件在交變載荷下經(jīng)過長時疲勞斷裂：金屬零件在交變載荷下經(jīng)過長時間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象成為疲勞斷裂。間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象成為疲勞斷裂。3疲勞斷裂過程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴展、疲勞斷裂過程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴展、最終瞬間斷裂。最終瞬間斷裂。二、疲勞斷口的特點二、疲勞斷口的特點疲勞斷口示意圖示意圖疲勞源區(qū)和疲勞裂紋擴展區(qū)的微觀形貌一個疲一個疲勞源勞源兩個疲兩

23、個疲勞源勞源微裂紋微裂紋疲勞疲勞條紋條紋疲疲勞勞裂裂紋紋擴擴展展區(qū)區(qū)疲疲勞勞源源區(qū)區(qū)三、疲勞抗力指標三、疲勞抗力指標1無裂紋構(gòu)件的疲勞抗力指標無裂紋構(gòu)件的疲勞抗力指標：疲勞極限疲勞極限過載持久值過載持久值疲勞極限：材料經(jīng)過無限次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。對應(yīng)于疲勞曲線上水平部分對應(yīng)的應(yīng)力值。疲勞曲線 圖圖111 兩種類型的疲勞曲線兩種類型的疲勞曲線a)鋼鐵材料鋼鐵材料 b)部分有色金屬（如鋁合金）部分有色金屬（如鋁合金）條件疲勞極限疲勞極限過載持久值：材料在高于疲勞極限的應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞斷裂的循環(huán)周次。高周疲勞：高周疲勞：Nf105低周疲勞低周疲勞: Nf1052帶裂紋構(gòu)件的疲勞抗力指標

24、帶裂紋構(gòu)件的疲勞抗力指標裂紋擴展速率（裂紋擴展速率（da/dN)疲勞裂紋擴展門檻值疲勞裂紋擴展門檻值(DKDKth）四、影響疲勞抗力的因素四、影響疲勞抗力的因素1載荷類型載荷類型2材料本質(zhì)材料本質(zhì)3零件表面狀態(tài)零件表面狀態(tài)4工作溫度工作溫度5腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)五、減少斷裂失效的措施五、減少斷裂失效的措施1優(yōu)化零件形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化零件形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計,合理選合理選擇零件材料擇零件材料2合理選擇零件加工方法合理選擇零件加工方法3安裝使用方面安裝使用方面總總 結(jié)結(jié)1疲勞斷裂是零構(gòu)件常見的一種失效形式，它是一種疲勞斷裂是零構(gòu)件常見的一種失效形式，它是一種脆性斷裂，危害很大脆性斷裂，危害很大。2無裂紋零構(gòu)件設(shè)

25、計中常用的疲勞抗力指標是疲勞極限、無裂紋零構(gòu)件設(shè)計中常用的疲勞抗力指標是疲勞極限、過載持久值和疲勞缺口敏感度。過載持久值和疲勞缺口敏感度。3 工作應(yīng)力工作應(yīng)力sss疲勞極限，構(gòu)件在一定的周次下斷裂，疲勞極限，構(gòu)件在一定的周次下斷裂，該周次稱為過載持久值。該周次稱為過載持久值。工作應(yīng)力越大，工作應(yīng)力越大，過載持久過載持久值越低。值越低。5 53 3 疲勞斷口上可清楚顯示疲勞裂紋源、疲勞裂紋擴疲勞斷口上可清楚顯示疲勞裂紋源、疲勞裂紋擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)。所以，根據(jù)斷口就可判斷是否展區(qū)和最后斷裂區(qū)。所以，根據(jù)斷口就可判斷是否發(fā)生疲勞斷裂。發(fā)生疲勞斷裂。第四節(jié)第四節(jié) 零件的磨損失效零件的磨損失效 本節(jié)主

26、要講粘著磨損、磨粒磨損和疲勞本節(jié)主要講粘著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損的發(fā)生過程、機理以及防止措施。磨損的發(fā)生過程、機理以及防止措施。一、磨損的基本概念磨損的基本概念1產(chǎn)生磨損的條件產(chǎn)生磨損的條件2磨損的定義：在摩擦過程中零件表面發(fā)生尺寸變化和磨損的定義：在摩擦過程中零件表面發(fā)生尺寸變化和物質(zhì)耗損的現(xiàn)象叫做磨損。物質(zhì)耗損的現(xiàn)象叫做磨損。二、磨損的過程和機理二、磨損的過程和機理1粘著磨損粘著磨損2（1）又稱咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦幅的）又稱咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦幅的接觸面發(fā)生金屬粘著接觸面發(fā)生金屬粘著(冷焊冷焊)，在隨后的相對滑動中粘，在隨后的相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒被拉

27、拽下來或者是金屬表著處被破壞，有金屬屑粒被拉拽下來或者是金屬表面被擦傷或相互之間發(fā)生材料遷移的一種磨損形式。面被擦傷或相互之間發(fā)生材料遷移的一種磨損形式。（2）過程）過程滑動滑動（3）粘著磨損的特點：磨損速度大；破壞嚴重。）粘著磨損的特點：磨損速度大；破壞嚴重。（4）防止措施）防止措施合理選材，摩擦幅配對材料選用硬度差較大的異類材料合理選材，摩擦幅配對材料選用硬度差較大的異類材料；例如蝸桿用40Cr,蝸輪用銅材;提高表面硬度；提高表面硬度；合理設(shè)計減小接觸壓應(yīng)力；合理設(shè)計減小接觸壓應(yīng)力；減小表面粗糙度。減小表面粗糙度。局部粘著局部粘著粘著處粘著處被撕掉被撕掉金屬表面被劃金屬表面被劃傷或者金屬屑

28、傷或者金屬屑粒脫落或遷移粒脫落或遷移2磨粒磨損磨粒磨損3（1）定義：）定義：又稱磨料磨損，在滑動摩擦?xí)r零件表面存在又稱磨料磨損，在滑動摩擦?xí)r零件表面存在硬質(zhì)磨粒硬質(zhì)磨粒( (例空氣中的塵土、磨損造成的金屬微粒、切屑例空氣中的塵土、磨損造成的金屬微粒、切屑等等) )，使磨面發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入、磨粒切割金，使磨面發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入、磨粒切割金屬表面從而使兩個表面的一面或兩面的材料發(fā)生轉(zhuǎn)移而屬表面從而使兩個表面的一面或兩面的材料發(fā)生轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致零件表面逐漸損耗的一種磨損。導(dǎo)致零件表面逐漸損耗的一種磨損。 （2）過程）過程金 屬 表 面金 屬 表 面發(fā) 生 局 部發(fā) 生 局 部塑性變形塑

29、性變形磨粒嵌入金屬磨粒嵌入金屬表面，切割金表面，切割金屬表面屬表面表 面 被 劃表 面 被 劃傷傷(3)磨粒磨損的特點磨粒磨損的特點磨料磨損的過程實質(zhì)上是零件表面在磨磨料磨損的過程實質(zhì)上是零件表面在磨粒作用下粒作用下發(fā)生發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入局部塑性變形，磨粒嵌入( (切削切削) )與斷裂的過程。磨與斷裂的過程。磨粒對零件表面的粒對零件表面的作用力分為垂直于作用力分為垂直于表面與平行表面與平行于表面的兩個分力。于表面的兩個分力。 垂直垂直分力分力塑性材料:表面產(chǎn)生密集的壓痕,最終疲勞破壞脆性材料:表面不變形,產(chǎn)生脆性破壞水平水平分力分力塑性材料:以耕犁為主,表面被切下一條切屑,犁溝兩側(cè)材料

30、隆起脆性材料:以微切削為主,表面被切下許多切屑產(chǎn)生脆性破壞（4）防止措施）防止措施提高表面硬度（從選材方面）；提高表面硬度（從選材方面）；減少磨粒數(shù)量（從工作狀況方面）減少磨粒數(shù)量（從工作狀況方面）。3接觸疲勞（疲勞磨損，麻點磨損）接觸疲勞（疲勞磨損，麻點磨損）4（1）定義：）定義：零件工作面作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，在交變零件工作面作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力的長期作用下引起的表面疲勞剝落破壞的現(xiàn)象。接觸壓應(yīng)力的長期作用下引起的表面疲勞剝落破壞的現(xiàn)象。5 5（2 2）過程：類似于疲勞斷裂，是裂紋萌生和擴展過程。）過程：類似于疲勞斷裂，是裂紋萌生和擴展過程。 （3）主要防止措施主

31、要防止措施提高材料硬度；提高材料純度；提高零件心部和表面強度；減提高材料硬度；提高材料純度；提高零件心部和表面強度；減小表面粗糙度。小表面粗糙度?？?結(jié) 磨損是機械零件常見的一種失效形式，總是從零件表面開始發(fā)生。各種磨損的過程和機理不同，因此其主要的預(yù)防措施也不同。 提高零件表面硬度，合理設(shè)計減小壓應(yīng)力，以及提高表面光潔度等對降低磨損都有利。第五節(jié)第五節(jié) 零件的腐蝕失效零件的腐蝕失效問問 題題1 什么是腐蝕？可分為幾類？什么是腐蝕？可分為幾類？2高溫氧化腐蝕常發(fā)生在那些零件中？耐熱高溫氧化腐蝕常發(fā)生在那些零件中？耐熱鋼為什么具有抗高溫氧化能力？鋼為什么具有抗高溫氧化能力？3發(fā)生電化學(xué)腐蝕的條件是什么？發(fā)生電化學(xué)腐蝕的條件是什么？4改善零件腐蝕抗力的主要措施是什么改善零件腐蝕抗力的主要措施是什么一、腐蝕的定義和分類一、腐蝕的定義和分類1腐蝕：材料表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反腐蝕：材料表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)所引起的表面損傷現(xiàn)應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)所引起的表面損傷現(xiàn)象。象。2分類：分類：3化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕4電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕二、腐蝕過程及防止二、腐蝕過程及防止1 化學(xué)腐蝕過程（以高溫氧化腐蝕為主）高溫氧化過程：高溫氧化過程：（1）金屬失去電子成為金屬離子）金屬失去電子成為金屬離子（2）氧原子吸收電子成為氧離子）