机械性能讲稿

1、上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center力学性能试验力学性能试验理化检验人员培训理化检验人员培训上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center2第八章第八章金属疲劳试验金属疲劳试验上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center3一、金属疲劳和疲劳试验一、金属疲劳和疲劳试验 在机械工程中，多数机械零部件都是在循环载荷的作用在机械工程中，多数机械零部件都是在循环载荷的作用下工作的，其工

2、作应力往往低于材料的屈服强度。零部件在下工作的，其工作应力往往低于材料的屈服强度。零部件在这种循环载荷下，经过较长时间运行而发生失效的现象称为这种循环载荷下，经过较长时间运行而发生失效的现象称为金属的疲劳。金属的疲劳。 提高疲劳极限途径：改善零件的结构形状、降低表面粗提高疲劳极限途径：改善零件的结构形状、降低表面粗糙度、采取表面强化等。糙度、采取表面强化等。第一节第一节 金属疲劳的基本概念金属疲劳的基本概念上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center4 提高材料疲劳极限的途径提高材料疲劳极限的途径1、设计方面设计方面 尽量

3、使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2、材料方面材料方面 通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。3、机械加工方面机械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面强化方面零件表面强化方面 可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center5上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle T

4、echnical Center6上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center7上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center8 部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center9二、疲劳试验的分类二、疲劳试验的分类应力大小与循环周次应力大小与循环周次高周疲劳、低周疲劳高周疲劳、低周疲劳试验环境试验环境室温、低温、高温、热疲劳、腐蚀、接触、微室温、低温、

5、高温、热疲劳、腐蚀、接触、微动磨损等动磨损等加载方式加载方式拉压（轴向）、弯曲（旋转弯曲、三点弯、四拉压（轴向）、弯曲（旋转弯曲、三点弯、四点弯）、扭转、复合等点弯）、扭转、复合等应力循环应力循环等幅、变频、程序控制、随机载荷等等幅、变频、程序控制、随机载荷等应力比应力比R对称（对称（R1）、非对称（）、非对称（ R1）上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center10上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center11三、疲劳破坏的特征三、疲劳破坏的特征疲

6、劳断裂时，材料一般不产生明显的塑性变形疲劳断裂时，材料一般不产生明显的塑性变形疲劳断裂的三个阶段：裂纹萌生疲劳断裂的三个阶段：裂纹萌生 裂纹扩展裂纹扩展 最终断裂最终断裂疲劳断口：疲劳源疲劳断口：疲劳源 疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区 瞬时断裂区瞬时断裂区上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center12上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center13上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical C

7、enter14第二节第二节 循环载荷及循环应力循环载荷及循环应力 循环载荷：载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生循环载荷：载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化（或无规则变化）。周期性变化（或无规则变化）。 循环应力：在循环载荷作用下，构件内部所产生的应力。循环应力：在循环载荷作用下，构件内部所产生的应力。 等幅循环应力等幅循环应力正弦波正弦波 应力循环：循环应力下，应力应力循环：循环应力下，应力时间函数的最小单元。时间函数的最小单元。上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center15上海汽车商用车技术中心上

8、海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center16上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center17n 最大应力最大应力 max 最小应力最小应力 minn 单位单位 MPa “”为拉应力为拉应力 “-”为压应力为压应力n 循环应力的特性：循环应力的特性：n应力幅 n n平均应力n 应力比 2minmasa2minmasmmaxminR上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center18n循环应力的类型循环应力的

9、类型n对称循环 R-1n非对称循环 R-1上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center19上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center20上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center21n 第三节第三节 高周疲劳试验高周疲劳试验n一、疲劳极限和一、疲劳极限和S-N曲线曲线n疲劳极限：表示金属材料在无数次交变载荷作用而不破坏的最大应力。n条件疲劳极限：钢材的循环次数一般取 N = 1

10、07nS-N曲线：上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center22上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center23上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center24上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center25n二、试验设备二、试验设备n旋转弯曲疲劳试验机旋转弯曲疲劳试验机上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技

11、术中心 Commercial Vehicle Technical Center26上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center27高频疲劳试验机高频疲劳试验机上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center28电液伺服疲劳试验机电液伺服疲劳试验机上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center29上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Techn

12、ical Center30上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center31上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center32n三、试样三、试样上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center33上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center34n四、常规试验方法四、常规试验方法n单点法n成组法n用升降法测定疲劳极限：为

13、了比较准确地测定材料地疲劳极限或中值疲劳强度，必须用升降法测定疲劳极限：为了比较准确地测定材料地疲劳极限或中值疲劳强度，必须使用升降法。使用升降法。n绘制S-N曲线上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center35第七章第七章金属工艺性能试验金属工艺性能试验上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center36n 金属工艺性能金属工艺性能金属材料适应加工工艺要求的能力。金属材料适应加工工艺要求的能力。n 金属工艺性能试验特点：金属工艺性能试验特点：n (1)试

14、验过程与材料加工工艺过程相似；n (2)试验结果评定是以受力后表面的变形情况（如裂纹、断裂）以及变形后所规定的某些特征来判定材料的优劣；n (3)试验方法简便，无需复杂的设备；n (4)试样加工容易。n 金属工艺性能试验的种类金属工艺性能试验的种类上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center37n 第一节第一节 金属弯曲试验金属弯曲试验nGB/T 230-1999 金属弯曲试验方法金属弯曲试验方法n试验的含义：P139n试验的种类原材料弯曲、焊接接头弯曲、金属管弯曲等n弯曲试样 P140原材料、焊接接头（横弯、纵弯、侧弯等

15、）n试样制备机加工、不受热、不塑性变形n试验设备及装置： P142上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center38n试验程序温度弯心、弯曲角度、跨距等焊接接头弯曲面弯、背弯、焊缝位置卸除试验力，肉眼观察受拉面有无裂纹后判定。上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center39上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center40上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercia

16、l Vehicle Technical Center41上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center42上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center43上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center44上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center45n 第二节第二节 金属杯突试验金属杯突试验nGB/T 4156-

17、2007 金属材料金属材料 薄板和薄带埃里克森杯突试验薄板和薄带埃里克森杯突试验n原理：P144n试样 厚度0.1-2.0mm 宽度90mmn试验设备：上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center46上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center47n试验程序 P145n判定：埃里克森杯突值判定：埃里克森杯突值IE，精确到，精确到0.1mm上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center

18、48n 第三节第三节 金属线材扭转试验金属线材扭转试验nGB/T 239-1999 金属线材扭转试验方法金属线材扭转试验方法l含义单向扭转、双向扭转l试样 P146l试验设备l试验程序 P147l结果判定：次数、表面、断口上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center49n 第四节第四节 金属顶锻试验金属顶锻试验nYB/T 5295-2006 金属材料金属材料 顶锻试验方法顶锻试验方法u 含义： P149 冷、热顶锻u 试样高度 1.5倍试样直径u 设备：u 试验程序试验后试样高度计算 h1hxu 结果判定上海汽车商用车技术

19、中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center50上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center51n 第五节第五节 金属反复弯曲试验金属反复弯曲试验nGB/T 235-1999 金属材料金属材料 厚度等于或小于厚度等于或小于3mm薄板和薄带薄板和薄带 反复弯曲试验方法反复弯曲试验方法nGB/T 238-2002 金属材料金属材料 线材线材 反复弯曲试验方法反复弯曲试验方法u 含义 P150u 试样线材、薄板和薄带 P150u 设备u 试验程序 P151u 结果判定：弯曲次

20、数u第六节第六节 金属线材缠绕试验金属线材缠绕试验上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center52上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center53n 第七节第七节 金属管材工艺试验金属管材工艺试验n一、扩口试验一、扩口试验nGB/T 242-2007 金属管金属管 扩口试验方法扩口试验方法l含义 P153l试样长度 P153l设备顶芯角度30、45、60等l试验程序 P153扩口率计算 l 公式7-5l结果判定裂纹上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技

21、术中心 Commercial Vehicle Technical Center54n 二、弯曲试验二、弯曲试验 P154 GB/T 244-1997 金属管金属管 弯曲试验方法弯曲试验方法n 三、卷边试验三、卷边试验 P154 GB/T 245-1997 金属管金属管 卷边试验方法卷边试验方法n 四、压扁试验四、压扁试验 P155 GB/T 246-2007 金属管金属管 压扁试验方法压扁试验方法l试样长度 10mmL100mml设备l试验程序压扁系数 l结果判定 DaaH)1 (上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Cente

22、r55上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center56上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center57上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center58上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center59上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Cente

23、r第十一章第十一章紧固件力学性能试验紧固件力学性能试验上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center61n 第一节第一节 紧固件基础知识紧固件基础知识n一、螺纹和螺纹紧固件一、螺纹和螺纹紧固件上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center62n二、普通螺纹的基本牙型和基本参数二、普通螺纹的基本牙型和基本参数大径中径小径螺距螺纹升角牙型角牙型半角/2原始三角形基本牙型上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Tech

24、nical Center63n三、普通螺纹标记三、普通螺纹标记n普通螺纹标记由螺纹代号、公差带代号、螺纹旋合长度组成。n粗牙螺纹 M10n细牙螺纹 M101n左旋 M101LHn公差带 M1015h6gn四、紧固件冷镦成型工艺特点：四、紧固件冷镦成型工艺特点：4点（P229230）上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center64n五、螺栓螺母性能标记五、螺栓螺母性能标记u 螺栓10个强度等级，3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、（高强度螺纹）8.8、9.8、10.9、12.9u 螺母高度m 0.8D，7个等级，

25、4、5、6、8、9、10、12u 螺母高度0.5D m 0.8D，2个等级，04、05上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center65n六、常用紧固件的力学性能六、常用紧固件的力学性能n强度指标Rm、ReL（RP0.2）、保证应力SP、破坏扭矩MBn硬度指标HRB、HRC、HVn表面硬度HV0.3，是否渗碳n楔负载考察螺栓的头杆结合强度和抗拉强度n保证应力保证载荷，永久变形nA、Z等n头部坚固性n七、螺栓力学性能的试验项目分类nA类nB类上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle T

26、echnical Center66n 第二节第二节 紧固件力学性能试验紧固件力学性能试验n GB/T 3098 紧固件机械性能紧固件机械性能n 一、螺栓一、螺栓n机加工试件拉力试验n实物拉力载荷n保证载荷试验n楔负载试验（优先）n头部坚固性试验n硬度试验表面硬度、心部硬度n扭矩试验n二、螺母二、螺母n硬度HV30n保证载荷试验上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center67上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车

27、技术中心 Commercial Vehicle Technical Center上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center第十二章第十二章力学性能试验结果的测量不确定度评定力学性能试验结果的测量不确定度评定上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center75n 测量不确定度评定的来由与发展测量不确定度评定的来由与发展上海汽车商用车技术中心上海汽车商用车技术中心 Commercial Vehicle Technical Center76n 第一节第一节 测量不确定度的定义和分类测