机械零件的失效与材料的选择 .ppt

1.7机器零件的故障和材料选择，1.7.1机器零件故障1.7.2失效形式和分析1.7.3材料选择原理和步骤1.7.4通用零件选择，1.7机器零件故障和材料选择，1.7如果这些变更超出允许的值，导致系统无法达到设计效能，则称为零件失败。部件1)如果部件可以工作，但无法完成指定的功能，则视为无效。2)部件损坏，无法继续完全使用。3)部件完全无法正常工作。1.7机器零件的故障和材料选择，1.7.1机器零件的故障，达到预定寿命的故障称为正常故障。预约寿命低得多的异常故障称为提前故障。任何失败都是由于外力或能量或介质的作用而对零件造成的损坏。部件的早期损坏会造成经济损失，还会导致设备和人身事故。在机械产品的设计、制造过程中，正确选择机械零件材料和加工方法，对于保证零件的使用性能、降低成本、提高生产率和经济效率具有重要意义。1.7机械零件的故障和材料选择，1.7.2故障形式和分析，故障原因与零件的结构设计、材料、制造、安装使用等有关。零件失败的多个原因可以概括为图中所示的关系、零件失败的原因图、1.7机械零件的失败和材料选择、机械零件的典型失败形式变形失败：是过度弹性或塑料变形(整体或局部)、蠕变等。磨损失败：过度磨损，表面裂纹，大麻点剥离等。断裂失效：包括静态载荷、交变载荷、冲击载荷下的零件断裂、疲劳断裂和应力腐蚀破裂。1 .零件故障形态和故障过程分析，1.7.2故障形态和分析，1.7机械零件故障和材料选择，2 .故障分析过程，1.7.2故障形式和分析，1.7机器部件故障和材料选择，1.7.3材料选择原则和步骤，1 .材料选择原则，(1)材料选择的使用原则：使用性能是指机械零件或元件在正常服务条件下应具有的性能。满足零件的使用要求是保证零件完成规定功能的必要条件，是材料选择的主要基础。设计材料选择时，主要考虑零件搬运和工作条件三个方面。对零件尺寸和重量的限制；零件的重要性。设计时，零件的作业条件可分析和计算，或机械性质指示器值确定后，指南可让您选取材料。但是，也要注意以下问题：请注意指南中的数据确定条件。材料的大小效果；材料成分的变化。设计时必须考虑特定的安全系数。1.7机械零件故障和材料选择，1.7.3材料选择原理和步骤，(2)材料选择的工艺原理：材料的工艺特性表示材料对特定加工的适用性。材料工艺性能的好坏对零件加工的难度、质量、生产效率、生产成本等有很重要的影响，是材料选择时必须一起考虑的重要因素。材料的工艺性能通常取决于使用性能。但是，在某些产品中，以使用性能为前提，尤其是在批量生产时，材料的工艺性能可能成为材料选择的主要依据。1.7机械零件的故障和材料选择，1.7.3材料选择原则和步骤，(3)材料选择的经济原则：在满足零件性能要求的情况下，材料选择应尽量减少零件生产和使用的总成本，经济效果最高。总成本包括物料价格、部件产出率、加工成本、加工部件时物料的利用率、回收率、部件寿命和物料的来源补充、供应、存储和运输集成系数。材料选择的经济性主要从以下几个方面考虑：选择材料时，应考虑使用性能，选择尽可能便宜的材料。材料选择应根据国情考虑材料来源。非金属材料代替金属材料；注意材料的利用率和再生利用率，节约能源，保护环境。材料的确认也是产品零部件销售和管理，尤其是加工的重要依据。1.7机械零件的故障和材料选择，1.7.3材料选择原则和步骤，(4)产品的轻量化和长寿命要求：为了满足特定产品的高寿命、轻重量要求，材料选择需要充分考虑的事项。在选材时要尽量选择和应用最新的科学技术成果及新材料，以适应现代生产的要求。1.7机械零件的故障和材料选择，1.7.3材料的选择原理和步骤，合理选择零件材料通常为1)分析零件的服务条件、形状大小和应力状态，然后根据机械计算提出阻力指标并确定技术条件。2)通过分析或实验，结合类似零件故障分析的结果，作为材料选择的基础，在实际使用中寻找零件的主要和次要故障电阻指标。3)回顾选定材料的生产经济。2 .材料选择步骤，1.7机械零件故障和材料选择，1.7.4通用零件选择，1 .选择轴零件；(1)轴零件工作条件、故障形式和材料性能要求：1)载荷大小、速度级别。2)无冲击载荷。3)在滚动轴承或滑动轴承上工作。4)滑动轴承的材料和特性。5)准确度等级要求等。1.7机械零件故障和材料选择，1.7.4普通零件选择，(2)轴零件选择示例1:机械主轴选择机械主轴除扭转、弯曲和特定冲击载荷外，轴的某些部分还应用了各种摩擦(例如轴颈位置)，因此硬度和耐磨性必须很高。对于具有内部推拔孔或外部圆锥的主轴，工作时相对于贴合零件没有滑动摩擦，但是必须经常分解该组合，以防止安装期间磨损，并且硬度必须在45HRC以上。高精度机床必须改进到56HRC以上。机床主轴受高速运行时各种载荷(例如弯曲、扭转、冲击等)的影响。因此，主轴需要抵抗各种负载的能力。弯曲载荷大、速度快时，主轴受到高相交应力。因此，主轴的疲劳强度和综合机械特性，1.7机械零件的故障和材料选择，1.7.4通用零件的材料选择，问题：如图所示，车床主轴的材料选择和热处理分析，1.7机械零件的故障和材料选择，1.7.4通用零件的材料选择，工作条件分析：车床主轴能承受交变弯曲和扭转应力，但负载和速度不高，冲击不大，因此材料是典型的复合材料。主轴大端的内锥孔和外锥往往与卡盘、锯比较有摩擦；花键零件相对于齿轮滑动，因此这些零件需要较高的硬度和耐磨性。这些主轴在轴颈硬度为220 250 hbw的滚动轴承上工作。1.7机械零件故障和材料选择，1.7.4普通零件选择，材料和热处理选择：根据上述工作条件分析选择主轴45钢。热处理技术条件为全调质，硬度220 250 hbw内锥孔和外锥淬火，硬度45 50hrc花键部分高频淬火，硬度48 53hrc 车床主轴加工工艺路线：坯料锻造精锻精火机械粗加工调质机器半精加工局部淬火、回火(锥孔和外锥)粗研磨(外圆、外锥和锥孔) 1.7.4普通零件选择案例2:汽车半轴选择工作条件和技术要求：汽车半轴主要传动扭矩，主要起到冲击、反复弯曲疲劳和扭转应力的作用。 因此，材料需要足够的强度和韧性，高疲劳强度。热处理技术要求：圆盘和杆芯调质25 35hrc，回火索氏，杆表面淬火和低温回火50 58 HRC，回火马氏体组织。材料选择和工艺路线开发：普通重型车半轴选择45或40Cr，40MnB钢。带有40CrNiMo钢的大型汽车的半轴。对于40Cr钢制造半轴加工工艺，冲裁锻造精火机器(粗糙)加工淬火和回火机械加工杆中频淬火低温回火磨削。1.7机械零件故障和材料选择，1.7.4通用零件选择，(1)齿轮运行状况，主要故障形式和材料特性要求：1)齿轮运行状况：齿轮运行状况下的高接触载荷和强摩擦；传递功率时，接触力会产生较大的力矩，以承受齿根部的高弯曲应力。变速、启动和啮合不均匀的话，会受到很大的冲击载荷。(2)齿轮的主要故障形式：齿轮的主要故障形式是齿或齿面的损坏(麻点脱落和磨损等)。3)材料特性要求：高接触疲劳强度；高弯曲疲劳强度，特别是齿根必须有足够的强度；有足够的塑料韧性。2 .选择齿轮零件，1.7机械零件故障和材料选择，1.7.4通用零件选择，(2)齿轮选择分析：1)机床齿轮选择：与机器和矿山机器、动力机器上的齿轮相比，运行条件和载荷较小。材料选择主要由齿轮的特定工作条件决定。2)汽车、拖拉机齿轮的选择：耐磨性、疲劳强度、型芯强度和冲击吸收力等要求比机床齿轮更高。经渗碳(或渗碳)、淬火和低温回火后，合金渗碳钢(20CrMnTi)被证明是最合适的。3)对于工作条件非常重的大型模块化齿轮(特别是坦克驱动齿轮)，可以选择18Cr2Ni4WA渗碳钢，且渗碳淬火、低温回火、强度、塑料、韧性很好。1.7机械零件故障和材料选择，1.7.4通用零件选择，3 .选择机架和箱子部件；(1)选择机架部件：各种机械机身、底座、支架、梁、表和齿轮箱、轴承座、阀体、导轨等是典型的机架部件。机架类部件的特点是形状不规则，结构复杂，有内部口袋，工作条件有很大差异。机身、基础等常见基本零件的刚度和减振效果更好。工作台