第十一章 机械设计与选材课件.ppt

第十一章 机械设计与选材;第一节 零件的失效; 失效分析： 探讨零件失效的方式和原因，并提出相应的改进措施。 根据失效分析的结果，改进对零件的设计、选材、加工和使用，提高零部件的使用寿命，避免恶性事故的发生，带来相应的经济效益和社会效益。 ;二、零件失效的原因 ;材料： ①选材不当，如根据材料的常规性能指标作判据，但这些指标可能并不是材料发生失效的抗力，还有为了经济或加工原因，选择的材料不合理，即材料本身没有设计者有求于的能力。问题出在材料上，但责任在设计者。 ②材料本身的缺陷，如杂质元素过多、夹杂物过多或存在夹层、裂纹的宏观缺陷，即材料的质量问题。 ;加工： 由于生产加工的工艺不良，也会造成各种缺陷。如铸、锻、焊工艺不良产生的偏析、带状组织或过热、过烧现象；机械加工的光洁度不足，存在过深的刀痕、磨痕；热处理不良出现的过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足导致较大的残余内应力等。值得注意的是零件的结构不合理会造成或加大产生各中加工缺陷的可能性。;安装与使用： 零件安装时的配合过紧、过松、对中不良、固定不紧等会造成零件的早期失效，在使用时的非法过载或维护不良(润滑、散热、粉尘)也会造成零件的早期失效。 意外事故： 人为或非人为因素造成零件出现了不可承受的载荷。 ;三、零件失效形式与性能之间的关系 ;塑性变形失效：零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效。材料抵抗塑性变形的能力主要指标是屈服强度，屈服强度愈高，发生塑性变形失效的可能行愈小，而有一些脆性材料可能屈服强度很高，但因为材料太脆，高强度的特点发挥不出来。;2. 断裂失效 ;疲劳断裂失效：在低于屈服应力的交变循环应力作用下发生的断裂，是机械零件的主要失效形势之一。机械设计的校核用σ-1，材料的实质是裂纹扩展速率，它要求材料有良好的强韧性配合。但在设计中应考虑工作时实际发生的循环次数，不可都以无限次校核。;蠕变断裂失效： 蠕变是指材料在固定的应力作用下，随时间的延长变形不断增加的现象，蠕变也可导致零件失效，蠕变失效可能是变形失效或断裂失效。蠕变过程是原子的扩散过程，提高其抗力一方面选用高熔点材料，另一方面是高熔点质点弥散分布减缓扩散的进行。此外大晶粒可以有效提高材料的高温强度。 ;3. 表面损伤失效 ;表面疲劳失效：相互接触的两个运动表面(特别是滚动接触),在工作过程中承受交变接触应力的作用，使材料表层发生疲劳破坏而脱落，造成零件失效。接触疲劳按其损伤程度分为麻点(浅层剥落)与剥落(深层剥落)。提高表面接触疲劳抗力要求在一定的层深范围内有高的硬度。 ;腐蚀失效： 由于化学或电化学腐蚀作用造成的零件失效。腐蚀的种类有多种，如点腐蚀、裂隙腐蚀、晶间腐蚀、冲刷腐蚀。重点在于改善材料的化学性能，不仅材料整体的化学稳定性，特别是晶界的化学稳定性。 ;第二节 选材原则 ; 所有的材料都不是万能的，扬其利，避其弊。从失效分析入手，失效的方式决定对材料要求的主要性能。例如齿轮失效有折断、接触疲劳点蚀、过度磨损，要用有高硬度、好韧性的材料制造，手术刀要锋利、不断、不绣等等。 ;二、所用材料要满足生产中的工艺要求 ;三、经济比成本低 ;第三节 选材的典型实例分析;吞洲暑磋讹别看叙耸蚀老勾穴好驹弗墒们荚帖幌嘱败蹬吁碗园戏规胸奇累第十一章 机械设计与选材课件第十一章 机械设计与选材课件;机床齿轮;汽车变速箱齿轮;二、轴类;三根颓漠豌憎趴反阵盟猩滴识蹲同涝忱唬链释控泊跪眺期梳胡斜忆恍郭累第十一章 机械设计与选材课件第十一章 机械设计与选材课件;机床主轴;汽车半轴;1.齿轮主要要求疲劳强度，特别是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据受力分析，齿轮类零件选用低、中碳钢或其合金钢，如机床齿轮用中碳钢或中碳合金钢，汽车齿轮用合金渗碳钢。2.轴类零件要求强度并兼顾冲击韧性和表面耐磨性。轴一般用锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造，如机床主轴可选用45钢，内燃机曲轴主要用优质中碳钢或中碳合金钢制造。