机械性能讲稿.pptx

上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center2第八章第八章金属疲劳试验金属疲劳试验上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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、设设计计方方面面 尽量使用零件避免交角、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、材材料料方方面面 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、零零件件表表面面强强化化方方面面 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。上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center5上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center6上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center7上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center8 部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center9二、疲劳试验的分类二、疲劳试验的分类n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n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、高温、热疲劳、腐蚀、接触、微动磨损等动磨损等n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n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n应力比应力比R对称（对称（R1）、非对称（）、非对称（R1）n上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center10上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center11三、疲劳破坏的特征三、疲劳破坏的特征疲劳断裂时，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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center12上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center13上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center14第二节第二节 循环载荷及循环应力循环载荷及循环应力n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）。n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n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。上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center15上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center16上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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 上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center18n循环应力的类型循环应力的类型n对称循环 R-1n非对称循环 R-1上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center19上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center20上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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=107nS-N曲线：上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center22上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center23上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center24上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center26上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center27高频疲劳试验机高频疲劳试验机上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center28电液伺服疲劳试验机电液伺服疲劳试验机上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center29上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center30上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center31上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center32n三、试样三、试样上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center33上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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用用升升降降法法测测定定疲疲劳劳极极限限：为为了了比比较较准准确确地地测测定定材材料料地地疲疲劳劳极极限限或或中中值值疲疲劳劳强强度度，必必须须使用升降法。使用升降法。n绘制S-N曲线上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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）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上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center38n试验程序n温度n弯心、弯曲角度、跨距等n焊接接头弯曲面弯、背弯、焊缝位置n卸除试验力，肉眼观察受拉面有无裂纹后判定。上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center39上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center40上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center41上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center42上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center43上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center44上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center45n第二节第二节 金属杯突试验金属杯突试验nGB/T 4156-2007 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：上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center46上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center48n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n含义单向扭转、双向扭转n试样 P146n试验设备n试验程序 P147n结果判定：次数、表面、断口上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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n含义：P149 冷、热顶锻n试样高度 1.5倍试样直径n设备：n试验程序试验后试样高度计算 h1hxn结果判定上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center50上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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n含义 P150n试样线材、薄板和薄带 P150n设备n试验程序 P151n结果判定：弯曲次数n第六节第六节 金属线材缠绕试验金属线材缠绕试验上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center52上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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n含义 P153n试样长度 P153n设备顶芯角度30、45、60等n试验程序 P153扩口率计算 n 公式7-5n结果判定裂纹上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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n试样长度 10mmL100mmn设备n试验程序压扁系数 n结果判定 上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center55上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center56上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center57上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center58上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center59上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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n大径n中径n小径n螺距n螺纹升角n牙型角n牙型半角/2n原始三角形n基本牙型上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical 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）上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center64n五、螺栓螺母性能标记五、螺栓螺母性能标记n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、12.9n螺母高度m 0.8D，7个等级，4、5、6、8、9、10、12n螺母高度0.5D m 0.8D，2个等级，04、05上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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类上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical 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nGB/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保证载荷试验上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center67上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 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上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center76n第一节第一节 测量不确定度的定义和分类测量不确定度的定义和分类n一、定义一、定义 P244n二、分类二、分类n（一）标准不确定度用标准偏差表示的测量结果的不确定度。n（二）A类标准不确定度用对观测列的统计分析得出的不确定度。n贝塞尔公式，计算实验标准差s，标准A类标准不确定度。n合并样本标准差n极差n最小二乘法上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center77n（三）B类标准不确定度n基本应用公式用不同于观测列的统计分析来评定的标准不确定度。n 根据许多已知的信息进行，如校准证书、检定证书、准确度等级、极限误差等。n几种B类不确定度数字式仪器、数字修约、重复性限、复现性限、等级n（四）合成标准不确定度（必要时考虑自由度）n（五）扩展不确定度由合成标准不确定度乘以包含因子k（一般取k2）得到。n Ukuc（y）可在检测报告中给出n（六）相对标准不确定度用相对值表示n 上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center78n第二节第二节 测量不确定度的评定方法和步骤测量不确定度的评定方法和步骤n一、评定方法一、评定方法n（一）直接评定法 P254n（二）综合评定法 P254n二、评定步骤二、评定步骤n原理概述n建立数学模型n不确定度来源分析一般考虑检测设备仪器检定引入的不确定度、人员操作引入的不确定度n标准不确定度分量评定n计算合成标准不确定度n扩展不确定度评定n报告评定结果上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center79n第三节第三节 测量结果与不确定度的有效位数及报告的表示测量结果与不确定度的有效位数及报告的表示n有效位数 2位n报告 P257n第四节第四节 测量不确定度评定在力学试验中的应用实例测量不确定度评定在力学试验中的应用实例上上海海汽汽车车商商用用车车技技术术中中心心 Commercial Vehicle Technical Center80 谢谢谢谢