第一章-基本知识(机械设备修理工艺学)ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一章机械设备修理的基本知识第一章机械设备修理的基本知识第一节机械零件的失效第一节机械零件的失效 一、零件的变形一、零件的变形 ( (一一) )零件变形的原因零件变形的原因 材料的变形可分为材料的变形可分为弹性变形弹性变形和和塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形是应力超过材料的屈服强度,应力消除后,是应力超过材料的屈服强度,应力消除后,变形不能完全恢复,被保留下来的部分就是塑性变形变形不能完全恢复,被保留下来的部分就是塑性变形弹性变形弹性变形是可以恢复的变形,应力
2、消除后,变形消失是可以恢复的变形,应力消除后,变形消失机械零件的变形有以下四个方面的原因机械零件的变形有以下四个方面的原因 1毛坯制造毛坯制造-由于会形成残余的内应力,随着应力的由于会形成残余的内应力,随着应力的重新分布,零件会产生变形和断裂重新分布,零件会产生变形和断裂 兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2.机械加工机械加工-零件表层发生塑性变形和冷作硬化,产零件表层发生塑性变形和冷作硬化,产生内应力,引起变形。生内应力,引起变形。注意:注意:箱体类零件和长而大的基础零
3、件,因厚薄过渡箱体类零件和长而大的基础零件,因厚薄过渡很多,极易产生残余应力,而发生内应力松弛的变形很多,极易产生残余应力,而发生内应力松弛的变形3.操作使用操作使用-由于操作不当使设备过载或产生高温,由于操作不当使设备过载或产生高温,从而使零部件变形,直至因变形过大而使零件失效。从而使零部件变形,直至因变形过大而使零件失效。 过载过载-载荷超过屈服极限载荷超过屈服极限s s高温高温-屈服极限屈服极限s s降低降低产生产生变形变形产生变形产生变形4.4.修理质量修理质量-在设备修理过程中,如果不考虑被修在设备修理过程中,如果不考虑被修零件已经变形,常常会造成零件更大的变形或增加变零件已经变形,
4、常常会造成零件更大的变形或增加变形的危害。形的危害。兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 ( (二二) )零件的变形失效零件的变形失效 变形失效变形失效-由于由于变形使零件无法正常工作。变形失效变形使零件无法正常工作。变形失效可以是弹性变形失效,也可以是塑性变形失效可以是弹性变形失效,也可以是塑性变形失效变形失效主要有两个特征:变形失效主要有两个特征:体积发生变化体积发生变化和和几何形状几何形状的变化的变化体积发生变化体积发生变化-弹簧在使用的塑性变形弹簧在使用的塑性变形几
5、何形状的变化几何形状的变化-枪筒在上千次的发射后产生膨胀枪筒在上千次的发射后产生膨胀1.1.弹性变形失效分析弹性变形失效分析应用场合应用场合-零件零件无明显的永久变形或涉及到复杂的应无明显的永久变形或涉及到复杂的应力场时必须考虑弹性变形失效力场时必须考虑弹性变形失效。原因:零件在载荷下会发生屈服和弯曲原因:零件在载荷下会发生屈服和弯曲材料弹性模量(衡量标准)材料弹性模量(衡量标准)-弹性模量高弹性模量高则零件工作则零件工作时的时的刚度(抵抗变形的能力)高刚度(抵抗变形的能力)高。兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快
6、,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物补充知识:应力的种类补充知识:应力的种类ot= =常数常数max脉动循环变应力脉动循环变应力r =0m静应力静应力: = =常数常数变应力变应力: 随时间变化随时间变化2minmaxm平均应力平均应力:2minmaxa应力幅应力幅:Tmaxminaam循环变应力循环变应力ot变应力的循环特性变应力的循环特性:maxminrmaxminaa对称循环变应力对称循环变应力r =- -1ot-脉动循环变应力脉动循环变应力-对称循环变应力对称循环变应力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-静应力静应力otaaminr =+1静应力是变应力的特例兰州职业技术学院
7、胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2.2.累积应变失效分析累积应变失效分析应用场合应用场合-零件在承受稳态载荷时,还承受与主动方零件在承受稳态载荷时,还承受与主动方向不同的方向叠加一个循环变化的载荷。向不同的方向叠加一个循环变化的载荷。结果结果-零件的总体尺寸沿稳态应力方向更均匀地变零件的总体尺寸沿稳态应力方向更均匀地变化,最终导致构件或零件的韧性断裂或低周疲劳断裂化,最终导致构件或零件的韧性断裂或低周疲劳断裂举例:拉面举例:拉面循环应变软化现象循环应变软化现象-当叠加一个在比例极限和屈服
8、强当叠加一个在比例极限和屈服强度之间的交变应力时,弹性极限或弹性模量出现连续下度之间的交变应力时,弹性极限或弹性模量出现连续下降的趋势。降的趋势。 3.3.过载变形失效分析过载变形失效分析零件所受应力大于材料屈服强度零件所受应力大于材料屈服强度应用场合应用场合-载荷超过承载极限时称为过载,过载导致载荷超过承载极限时称为过载,过载导致变形或断裂变形或断裂变形失效变形失效兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物塑性材料塑性材料 0.50.5b b b b-强度极限强度极限(1)(1
9、)应力分析应力分析许用应力许用应力n2 . 0脆性材料脆性材料塑性材料塑性材料ns由于材料有缺陷由于材料有缺陷式中:式中: -许用应力许用应力 0.2-脆性材料的屈服强度;脆性材料的屈服强度;s-塑性材料的屈服强度塑性材料的屈服强度 n-安全系数安全系数工程中零件所能承受的最大应力即为工程中零件所能承受的最大应力即为脆性材料脆性材料 (1 16 6l l4 4)0.20.2(2)(2)极限分析极限分析-若一个结构或零件在被破坏前允许有若一个结构或零件在被破坏前允许有一定的塑性变形的情况下,对结构或零件本身的安全一定的塑性变形的情况下,对结构或零件本身的安全性可以采取这种极限分析的方法性可以采取
10、这种极限分析的方法兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(3)(3)变形量分析变形量分析应用场合应用场合-若对零件的变形要求严格,则按变形量若对零件的变形要求严格,则按变形量进行设计,不再按所承受的应力进行设计,不再按所承受的应力 设计设计( (三三) )减轻零件变形危害的措施减轻零件变形危害的措施 1)合理选择零件的结构尺寸,改善零件的受力状况,合理选择零件的结构尺寸,改善零件的受力状况,使零件的使零件的壁厚尽量均匀壁厚尽量均匀,以减少毛坯制造时的变形和,以减少毛坯制造时的
11、变形和残余应力。残余应力。2)2)在机械加工对毛坯要进行时效以消除其残余内应力。在机械加工对毛坯要进行时效以消除其残余内应力。采用粗精加工分开的原则等。在加工中和修理中减少采用粗精加工分开的原则等。在加工中和修理中减少基准的转换,保留加工基准留给修理时使用,如保留基准的转换,保留加工基准留给修理时使用,如保留轴类零件的中心孔等。轴类零件的中心孔等。 3)3)不超负荷运行,避免局部超载和过热,加强设备的不超负荷运行,避免局部超载和过热,加强设备的检查和维护。检查和维护。 兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的
12、猜测没有错:表里边有一个活的生物4)4)在设备修理中,不仅要恢复零件的尺寸、配合精度、在设备修理中,不仅要恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等,还要检查和修复主要零件的形状和位置表面质量等,还要检查和修复主要零件的形状和位置误差;注意铸件的修理,进行必要的时效处理以消除误差;注意铸件的修理,进行必要的时效处理以消除其残余应力;机械加工修复零件时,注意定位基准表其残余应力;机械加工修复零件时,注意定位基准表面本身的精度,并要注意切削加工时和装夹的变形;面本身的精度,并要注意切削加工时和装夹的变形;施焊时,尽量减小热影响区,非施焊表面采取降温措施焊时,尽量减小热影响区,非施焊表面采取降温措施等。施
13、等。二、零件的断裂断裂二、零件的断裂断裂 按断口宏观形态特征分为:按断口宏观形态特征分为:韧性断裂韧性断裂和和脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂-切应力下产生,一般为穿晶断裂切应力下产生,一般为穿晶断裂脆性断裂脆性断裂-低温、高应变速率、应力集中、晶粒粗大低温、高应变速率、应力集中、晶粒粗大和脆性材料。一般为晶界断裂和脆性材料。一般为晶界断裂兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物按载荷性质分为:按载荷性质分为:一次加载断裂一次加载断裂和和疲劳断裂疲劳断裂一次加载断裂一次加载断裂
14、-零件在一次静拉伸、静压缩、静扭零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲或一次冲击下的断裂。转、静弯曲或一次冲击下的断裂。 疲劳断裂疲劳断裂-反复加载断裂,即经历反复多次的应力作反复加载断裂,即经历反复多次的应力作用或能量负荷循环后才发生断裂的现象。用或能量负荷循环后才发生断裂的现象。( (一一) )零件疲劳断裂的基本原理零件疲劳断裂的基本原理 零件受循环载荷零件受循环载荷塑性变形塑性变形晶粒滑移晶粒滑移应力集中应力集中微观裂纹(疲劳核心)微观裂纹(疲劳核心)应力集中现象更加明显应力集中现象更加明显裂纹向内部扩展裂纹向内部扩展出现宏观裂纹出现宏观裂纹裂纹长度增加裂纹长度增加突然断裂突然断裂兰州
15、职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物微观裂纹(疲劳核心)的产生部位微观裂纹(疲劳核心)的产生部位2.表面层有夹杂物、零件表面加工痕迹、表面划伤及表面层有夹杂物、零件表面加工痕迹、表面划伤及其它缺陷其它缺陷1.晶界与表面相交处晶界与表面相交处疲劳断裂的两个阶段:疲劳断裂的两个阶段:亚临界扩展亚临界扩展和和临界扩展临界扩展亚临界扩展亚临界扩展-裂纹扩展缓慢,零件相对安全。裂纹扩展缓慢,零件相对安全。临界扩展临界扩展-裂纹迅速扩展,产生断裂。裂纹迅速扩展,产生断裂。注意:重要零件一旦
16、发现裂纹则立即报废。注意:重要零件一旦发现裂纹则立即报废。( (二二) )减轻断裂危害的措施减轻断裂危害的措施 1.在机械设计中要尽量减少应力集中,对在机械设计中要尽量减少应力集中,对T型焊接接头,型焊接接头,采取适当的几何形状,焊后打磨或钻孔。零件截面改采取适当的几何形状,焊后打磨或钻孔。零件截面改变处采用组合圆角。变处采用组合圆角。兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是
17、我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2.2.延长零件疲劳寿命的延长零件疲劳寿命的最有效途径最有效途径是引入残余压应力,是引入残余压应力,如喷丸强化处理、冷滚压加工等。对零件进行表面热处如喷丸强化处理、冷滚压加工等。对零件进行表面热处理和化学处理,提高零件表层的强度和硬度,也能延长理和化学处理,提高零件表层的强度和硬度,也能延长其疲劳寿命。其疲劳寿命。 3.3.定期进行无损探伤;尽量减轻零件的腐蚀损伤;尽定期进行无损探伤;尽量减轻零件的腐蚀损伤;尽可能减少设备运行中各部分的温差;设备使用中还要可能减少设备运行中各部分的温差;设备使用中还要严格避免设备超载和减少冲击。严格避免设备
18、超载和减少冲击。 4.4.机械设备在修理中注意事项:机械设备在修理中注意事项: 1)1)断口分析断口分析-分析断口来判断断裂的形式、原因、起分析断口来判断断裂的形式、原因、起源和超载程度源和超载程度疲劳断裂断口疲劳断裂断口有两个区域有两个区域较光滑区较光滑区疲劳起源疲劳起源疲劳扩展疲劳扩展较粗糙区较粗糙区-瞬时断裂区瞬时断裂区兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉
19、快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物瞬时断裂区瞬时断裂区韧性材料韧性材料-纤维状纤维状脆性材料脆性材料-结晶状结晶状提问:为什么一次加载断裂没有光滑区?提问:为什么一次加载断裂没有光滑区?判定:判定:断口光滑程度大,说明载荷不大,断口光滑程度大,说明载荷不大,正常工作时间长。正常工作时间长。 瞬间断裂区偏心小说明疲劳源多、瞬间断裂区偏心小说明疲劳源多、载荷大。载荷大。 兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2)2)裂纹和断裂零件要修复方法裂纹和断裂零件要修复方法a.a
20、.钻止裂孔;钻止裂孔;b.b.采用裂纹防止结构,如附上加强件;采用裂纹防止结构,如附上加强件;c.c.采用局部更采用局部更换法,去除疲劳部分,再在去除部分处焊一块金属或换法,去除疲劳部分,再在去除部分处焊一块金属或进行堆焊;进行堆焊; 3)3)注意修理操作对零件断裂的影响注意修理操作对零件断裂的影响a.a.避免零件表面的损伤,并保证达到零件表面要求的避免零件表面的损伤,并保证达到零件表面要求的表面质量。表面质量。b.b.对螺纹固定连接的旋紧力矩要适当,过大的旋紧力对螺纹固定连接的旋紧力矩要适当,过大的旋紧力矩和过小的旋紧力矩均会降低零件的寿命。矩和过小的旋紧力矩均会降低零件的寿命。c.c.螺柱
21、与螺钉对装配表面的相互位置精度也十分重要,螺柱与螺钉对装配表面的相互位置精度也十分重要,螺柱斜度大不仅造成应力集中,还造成附加弯曲力矩,螺柱斜度大不仅造成应力集中,还造成附加弯曲力矩,其寿命会大大降低。其寿命会大大降低。兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4)4)采用延长零件寿命的修复方法采用延长零件寿命的修复方法a.a.表面去皮修理。表面去皮修理。b.b.修磨阶梯轴、曲轴等注意减小表面粗糙度,尤其是修磨阶梯轴、曲轴等注意减小表面粗糙度,尤其是过渡圆角部分的表面粗糙度,并采
22、用组合圆角。过渡圆角部分的表面粗糙度,并采用组合圆角。c.c.在产生疲劳裂纹前,用热处理方法恢复零件性能。在产生疲劳裂纹前,用热处理方法恢复零件性能。d.d.在零件发生疲劳损伤前,采用表面喷丸强化处理,在零件发生疲劳损伤前,采用表面喷丸强化处理,可延长其使用寿命。可延长其使用寿命。 5)5)对容易产生断裂的重要零件实行状态监测,如定期对容易产生断裂的重要零件实行状态监测,如定期进行无损检测,利用闪频仪在零件运转中监测等。进行无损检测,利用闪频仪在零件运转中监测等。 三、零件的蚀损三、零件的蚀损 零件的蚀损有零件的蚀损有腐蚀腐蚀和和气蚀气蚀 ( (一一) )腐蚀腐蚀-化学或电化学反应。化学或电化
23、学反应。也称为腐蚀磨损也称为腐蚀磨损 兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物腐蚀磨损的分类:腐蚀磨损的分类: 1.1.氧化磨损氧化磨损-磨损速度磨损速度较慢较慢特征特征-摩擦表面沿滑动方向呈匀细磨痕摩擦表面沿滑动方向呈匀细磨痕氧化膜氧化膜脆性氧化膜脆性氧化膜-磨损速度大干氧化速度磨损速度大干氧化速度 Fe2O3韧性氧化膜韧性氧化膜-磨损速度小于氧化速度磨损速度小于氧化速度 Al2O32.特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损-磨损速度较快磨损速度较快材料对腐材料对腐蚀的影响蚀的影响
24、含含Ag、Cu-容易被高温腐蚀磨损容易被高温腐蚀磨损含含NiNi、CrCr-不锈钢不锈钢含含W、Mn-抗高温腐蚀抗高温腐蚀含含WC、TiC-高抗腐蚀能力高抗腐蚀能力含含Pb、Cd-易被酸性物质腐蚀易被酸性物质腐蚀轴承轴承材料材料兰州职业技术学院 胡羽我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物减轻腐蚀危害的主要措施有:减轻腐蚀危害的主要措施有: 1) 尽量以塑料代替金属;合理的结构设计,避免形成尽量以塑料代替金属;合理的结构设计,避免形成腐蚀电池的条件。腐蚀电池的条件。 2)2)覆盖金属保护层如镍、铬、
25、锌等,覆盖方法有电镀、覆盖金属保护层如镍、铬、锌等,覆盖方法有电镀、喷涂、化学镀等;非金属保护层如涂装、塑料、橡胶、喷涂、化学镀等;非金属保护层如涂装、塑料、橡胶、搪瓷等;化学保护层如磷化、钝化、氧化等;表面合搪瓷等;化学保护层如磷化、钝化、氧化等;表面合金化如渗氮、渗铬、渗铝等。金化如渗氮、渗铬、渗铝等。 3)3)进行电化学保护,用比零件材料化学性能更活泼的进行电化学保护,用比零件材料化学性能更活泼的金属铆接在零件上,人为形成腐蚀电池,零件成为阴金属铆接在零件上,人为形成腐蚀电池,零件成为阴极,从而不会发生电化学腐蚀。(牺牲阳极保护)极,从而不会发生电化学腐蚀。(牺牲阳极保护) 4)4)进行
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