机械零部件故障分析.ppt
《机械零部件故障分析.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械零部件故障分析.ppt(44页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第二章 机械零部件故障分析v2.1 机械零部件的故障模式分析p2.1.1 故障模式的基本概念p2.1.2 机械零件典型故障模式及机理v2.2 故障原因分析 p服役条件l受力状况p载荷类型p载荷性质p应力状态l工作环境p设计制造l设计l材料制造工艺p使用维护2021/9/231v静应力故障p2.2.1 应力状态p2.2.2 变形故障p2.2.3 断裂故障p2.2.4 静应力失效的强度理论 v2.3 疲劳断裂故障v2.4 磨损故障v2.5 腐蚀故障2021/9/2322.1 机械零部件的故障模式和机理v2.1.1 故障模式、机理的基本概念p国军标GJB451-89可靠性维修性术语中,故障模式的定义
2、是:故障的表现型式。更确切地说,故障模式一般是对产品所发生的、能被观察或测量到的故障现象的规范的描述。p故障机理是指导致产品功能故障或潜在故障的产品自身的那些物理、化学或生物变化过程等直接原因p故障原因包括了直接原因和间接原因,后者是指由于其他产品的故障、环境因素和人为因素等引起的间接故障原因p应正确区分故障模式与故障原因2021/9/2332.1 机械零部件的故障模式和机理v2.1.2 机械零件典型故障模式及机理p按失效的宏观特征,可将零件失效分为变形失效、断裂失效、磨损失效和腐蚀失效四大类。按失效性质和具体特征,每一类型还可以包括几个小类,如图所示。p举例说明故障模式及原因,如表所示202
3、1/9/2342.1 机械零部件的故障模式和机理2021/9/235机械零件故障模式表2-1 金属弹簧故障模式、原因分析2021/9/2365种基本载荷类型v轴向载荷 p力在作用在零件的轴线上,大小相等,方向相反,包括轴向拉伸和轴向压缩载荷p例如,受拉的绳索、受拉或压缩的杆件等等 p在轴向载荷作用下,应力沿横截面的分布式均匀的。零件上主应力与最大切应力的关系为:主应力/最大切应力=2v弯曲载荷 p垂直于零件轴线的载荷(有时还有力偶),它使零件产生弯曲变形p例如,齿轮轮齿的根部、汽车的钢板弹簧等,工作中承受弯曲载荷p在弯曲载荷作用下,零件横截面上的主应力分布的规律是:从表面应力最大改变到中性轴线
4、处应力为零。并且,中性轴线一侧为拉伸应力,另一侧为压缩应力。2021/9/237基本载荷类型v扭转载荷p作用在垂直于零件轴线平面内的力偶,它使零件发生扭转变形。p例如,传递扭矩的传动轴、圆柱螺旋弹簧等,工作是承受扭转载荷p在扭转载荷作用下,横截面上的切应力的分布规律是:从表面最大到横截面中心处为零(这里讲的“中心点”,是指扭转中心轴线与横截面的交点)v剪切载荷p使零件内相邻两截面发生相对错动的作用力。p表(d)表示螺栓在连接接合面处受剪切,并与被连接孔壁互压。螺杆还受弯曲,但在各接合面贴紧的情况下可以不考虑。p在剪切载荷作用下,力大小沿平行于最小切应力的横截面上均匀的。2021/9/238基本
5、载荷类型v接触载荷p两个零件表面间的接触有点接触、线接触和面接触。零件受载后在接触部位的正交压缩载荷称为接触载荷。例如,滚动轴承工作时,滚子与滚道之间,齿轮传动中轮齿与轮齿之间的压力都是接触载荷。p在接触载荷作用下,主应力与最大切应力之比是不定。p实际零件工作中往往不是只受单一载荷作用的,而是同时承受几种类型载荷的复合作用。2021/9/239应力分布情况载荷类型轴向载荷弯曲载荷扭转载荷剪切载荷接触载荷5种基本载荷类型2021/9/2310载荷性质v静载荷p缓缓地施加于零件上的载荷,或恒定的载荷v冲击载荷p以很大速度作用于零件上的载荷,冲击载荷往往表现为能量载荷v交变载荷p载荷的大小、方向随时
6、间变化的载荷,其变化可以是周期性的,也可以是无规则的2021/9/2311交变载荷v对称循环应力p等值交变的拉伸、压缩和剪切应力。例如,弯曲载荷作用下的旋转轴。其最大应力和最小应力数值相等但符号相反,其应力比r=-1v脉动循环应力p单向应力,其应力值从零变化到最大,r=0。例如一对齿轮传动,转动方向不变时,齿轮的弯曲应力即为脉动循环应力。v非对称循环应力p应力值由最小到最大变化,最小应力既可能是正值,也可能负值。例如,连杆螺栓所受的应力。v随机循环应力p实际运转的机器,由于服役条件可能发生变化,例如,开车、停车,工作载荷可能有大有小,运转可能时快时慢,所以交变应力的波形、应力幅大小、方向和周期
7、都随时间而变化。2021/9/2312交变载荷2021/9/2313断口特征v静载荷或冲击载荷作用下发生断裂的断口与交变载荷引起的疲劳断口特征有明显的不同 2021/9/2314应力状态v零件的应力状态是指通过受载零件任一点所作的各个截面上的应力状态。从不同角度分类,零件的应力状态可分为单向应力,多向应力;“软性”应力状态、“硬性”应力状态等。2021/9/2315点应力定义表示体微元(dx,dy,dz)上应力分布的情况,用符号表示垂直于正方体表面的正应力,用符号表示平行于正方体表面的剪应力。一般情况下,一个点的三轴应力可用九个应力来表示,如图所示。九个应力分别是:2021/9/23162.2
8、 静应力故障v2.2.1 应力状态p定义:零件的应力状态是指通过受载零件任一点所作的各个截面上的应力状态 p分类:从不同角度分类,零件的应力状态可分为单向应力,多向应力等。p这里介绍“软性”应力状态、“硬性”应力状态对零件变形及断裂形式的影响 2021/9/23172.2.1 应力状态v通常用软性系数 表示最大切应力和最大正应力的比值大小p 是应力状态的一种标志,称为应力状态的软性系数。v把 的应力状态称为“软性”应力状态;v 的应力状态称为“较软性”应力状态;v 的应力状态称之为“硬性”应力状态。v因加载方式的不同,的值不同。表2-2列出了不同加载方式下的软性系数 2021/9/23182.
9、2.1 应力状态表2-2 不同加载方式下的软性系数2021/9/23192.2.2 变形故障v过量弹性变形p零件受机械应力或热应力作用产生弹性变形,应力与应变(变形量称为应变)之间服从Hooke定律 l 为应力;为应变;为弹性模量p特征l具有可逆的性质,即加载时产生,卸载后恢复到原状的这种性质l在弹性变形过程中,不论是在加载阶段还是在卸载阶段,有的材料弹性变形的应力和应变保持线性对应关系,有的材料则呈非线性的对应关系。无论哪一种,其应力和应变都是单值对应的关系。l金属的弹性应变主要发生在弹性阶段,但在塑性变形阶段也伴随着发生一定量 2021/9/2320过量弹性变形p防止措施 由应力和(或)温
10、度引起的弹性变形而导致失效的责任,几乎全部在于设计者的考虑不周、计算错误或选材不当,故防止措施主要应从设计方面考虑l选择合适的材料或结构l确定适当的匹配尺寸l采用减小变形影响的转接件2021/9/23212.2.2 变形故障v屈服失效p定义l零件受力后,应力较低时产生弹性变形,当外力增大到一定程度时,将产生不可恢复的变形塑性变形。l由塑性变形引起的失效称为屈服失效 p特征:失效件有明显的塑性变形p防止及改进措施l降低实际应力l提高材料的屈服强度2021/9/23222.2.3 断裂故障v塑性断裂p塑性断裂失效:当零件所受实际应力高于材料的屈服强度时,将产生塑性变形。如果应力进一步增加,并且该零
11、件与其他零部件的匹配关系又允许时,塑性变形将继续进行,就可能发生断裂(破裂)。p特征l 在裂纹或断口附近有宏观塑性变形,或者在塑性变形(截面收缩)处有用肉眼或探伤仪能检测出的裂纹l用扫描电镜观察,断口上存在大面积的韧窝l用高倍金相显微镜观察,裂纹或断口附近的组织有明显的塑性变形层2021/9/23232.2.3 断裂故障v塑性断裂p改进措施l除了与屈服失效相同的改进措施外,应在设计上采用变形限位装置或者增加变形保护报警系统等p不同加载方式下的断裂情况,如表所示p零件材料的强度指标(剪切屈服强度 、切断抗力 和正断抗力 )与外加载荷所产生的应力状态如何配合,决定零件的断裂形式。p决定断裂形式的力
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械零部件 故障 分析
限制150内