提高機(jī)械零件抗疲勞強(qiáng)度的措施

潘劉亞 羅科 楊茂恩 陳毅鵬

摘 要：現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)水平的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。自第二次工業(yè)革命以后，全球在機(jī)械零件、設(shè)備生產(chǎn)上大幅增加，不斷推陳出新。我國(guó)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)期在全球相對(duì)較晚，在該領(lǐng)域還存在著許多探索空間，在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中偶然會(huì)有小問(wèn)題，但正是這些小問(wèn)題讓我國(guó)在機(jī)械零件生產(chǎn)上格外注意，特別是我國(guó)在機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度上，如若機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度不高，在運(yùn)輸設(shè)施上出現(xiàn)問(wèn)題所釀成的災(zāi)難將十分重大。因此，有必要對(duì)提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施展開研究。

關(guān)鍵詞：提高；機(jī)械零件；抗疲勞強(qiáng)度；措施

引言

機(jī)械零件因制造不達(dá)標(biāo)而損壞，是導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障的主要原因。在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)械零件經(jīng)過(guò)高溫、高壓等多種因素影響，發(fā)生老化、破損等等。故而在機(jī)械零件的加工過(guò)程中，就需要對(duì)機(jī)械零件本身質(zhì)量把關(guān)，特別是對(duì)機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度要良好把握。本文就提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施探析，提出幾條建議。

1提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的意義

機(jī)械零件的損壞主要是磨損、腐蝕及斷裂三種，三種情況在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中都有可能出現(xiàn)。其中磨損以及腐蝕都是長(zhǎng)期性的情況，只要對(duì)機(jī)械定期檢查，同時(shí)對(duì)有問(wèn)題零件更換就可以排除威脅；然而機(jī)械零件斷裂卻是即時(shí)性的，難以預(yù)料的突發(fā)情況，故而機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度不高潛在的安全隱患非常大。在此就需要對(duì)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度加強(qiáng)關(guān)注，提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度，防止斷裂情況在機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)。

2表面加工的影響

由于機(jī)械零件的疲勞裂紋的最大應(yīng)力大多產(chǎn)生于材料的表層，因此材料本身的表面質(zhì)量對(duì)于疲勞強(qiáng)度的影響顯著。目前機(jī)械零件大都為彈簧材料，在不斷的軋制、拉拔和卷制中會(huì)出現(xiàn)裂紋，此外，機(jī)械零件表面原本不太顯著的傷痕、斑點(diǎn)等也是日后加劇彈簧疲勞斷裂的潛在因素。

材料表面的光滑與粗糙是衡量疲勞強(qiáng)度的重要指標(biāo)。越粗糙，應(yīng)力集中越小，由此所引起的疲勞強(qiáng)度就越高。材料的粗糙度通過(guò)疲勞極限起作用。不考慮其他因素，機(jī)械零件粗糙度高，疲勞極限就低。因此，對(duì)機(jī)械材料的表面進(jìn)行強(qiáng)壓、滾壓、磨削以及拋丸等，一能有效地增強(qiáng)材料表面的光滑度，提高材料的疲勞強(qiáng)度系數(shù)。常用的方法有兩種，表面熱處理和表面機(jī)械強(qiáng)化。表面熱處理即通過(guò)高頻淬火效應(yīng)、氮化反映的作用下，采用滲碳、氰化等措施，提高機(jī)械構(gòu)件表層材料的抗疲勞強(qiáng)度能力。表面機(jī)械強(qiáng)化通常采用對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行滾壓、噴丸等，使構(gòu)件表面形成預(yù)壓應(yīng)力層，以降低最容易形成疲勞裂紋的拉應(yīng)力，從而提高表層強(qiáng)度。

3提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施

3.1 合理選材

機(jī)械零件的制造材料是決定零件疲勞強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，在制作零件以前首先就要在零件選材上考慮。在考慮零件的選材上一般要注意材料的應(yīng)力值、敏感性、硬度、可塑性、抗腐蝕性、抗高溫性等多個(gè)方面。在選擇上要特別注意材料本身性能，例如鐵、鋁等在我國(guó)目前環(huán)境影響下就很容易發(fā)生氧化，導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，而合金雖然在硬度上比金屬通常要高，但有的合金反而更容易斷裂，這些種種因素都是在進(jìn)行機(jī)械零件生產(chǎn)時(shí)候需要注意的問(wèn)題。

在零件的具體選材上，要將零件的強(qiáng)度放在第一位，只有零件的強(qiáng)度足夠，才能夠選擇能夠適應(yīng)不同環(huán)境的金屬。緊接著才是材料的塑性與韌性，當(dāng)這三者在某一點(diǎn)上達(dá)到最佳效果時(shí)候，所生發(fā)出的抵抗效果就能夠達(dá)到最佳，零件本身硬度也能夠得到較好發(fā)揮。

3.2 降荷、降溫設(shè)計(jì)

通過(guò)以往的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交變應(yīng)力比較低時(shí)，機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度更高，對(duì)斷裂情況的發(fā)生有一定延緩作用。因此在實(shí)際生產(chǎn)中可以對(duì)零件的交變應(yīng)力控制在一定范圍內(nèi)，交變應(yīng)力不能太低，否則零件會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷情況。這就需要制造商在零件制造時(shí)候?qū)Σ煌牧慵鱿鄳?yīng)研究，既要保證零件不會(huì)超載，又要保證零件交變應(yīng)力具有良好的疲勞強(qiáng)度。

除此以外，通過(guò)以往零件的研究，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)零件的交變應(yīng)力處于較低水平，若讓該零件在機(jī)械設(shè)備中運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間再加強(qiáng)其交變應(yīng)力，對(duì)于疲勞強(qiáng)度的提高也有良好幫助，制造商在這方面也可以下手。

3.3 表面冷熱處理

3.3.1 表面冷處理

表面冷處理就是在機(jī)械零件表面采用噴丸、輥壓等方法，這也是機(jī)械零件在生產(chǎn)過(guò)程中提高其疲勞強(qiáng)度的常用辦法。該方法能夠?qū)α慵膹澢潭茸髡{(diào)整，使得零件在一定范圍內(nèi)不容易出現(xiàn)斷裂，能有效提高零件疲勞強(qiáng)度。

3.3.2 表面熱處理

表面熱處理是為了讓零件的表面形成一層薄膜，這種情況最為典型的就是鋁制品在經(jīng)過(guò)高溫以后會(huì)在鋁金屬表面形成一層薄膜，導(dǎo)致內(nèi)里的鋁不容易被氧化、并且這樣處理以后的鋁制品硬度較大，也不易再燃燒。在機(jī)械零件制造中就可以采取這樣的工藝，讓材料外表面形成一層硬度比較高的皮層，提高金屬材料特性，加強(qiáng)零件疲勞強(qiáng)度。

3.3.3 零件振動(dòng)設(shè)計(jì)

零件振動(dòng)設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面的設(shè)計(jì)。

第一，減弱共振或防止共振設(shè)計(jì)。制造商在零件共振上必須要有良好的設(shè)計(jì)，零件共振對(duì)零件的危害非常大，嚴(yán)重時(shí)候會(huì)造成零件立即斷裂。因此，在生產(chǎn)零件時(shí)候就要對(duì)零件的適用范圍進(jìn)行了解，從各方面考慮，對(duì)零件振動(dòng)范圍合理控制，避免振動(dòng)情況發(fā)生。在零件共振設(shè)計(jì)中，運(yùn)輸設(shè)備的拉桿、鋼索、管道等是要有防共振處理的必須部位，這些部位出現(xiàn)共振所造成的情況非同小可。

第二，減少噪音造成的零件振動(dòng)。零件振動(dòng)對(duì)零件本身就具有一定危害，零件的老化是因?yàn)樽哉袼斐?，要減少零件因噪音影響發(fā)生的振動(dòng)，就需要對(duì)零件所處范圍加以控制。有的零件本身所處區(qū)域就屬于噪音比較嚴(yán)重的區(qū)域，例如運(yùn)輸設(shè)備排氣管，這種情況可以使用夾層處理，以減少振動(dòng)帶來(lái)的零件損害。

第三，加強(qiáng)振動(dòng)板件剛度。增強(qiáng)板件剛度主要是要讓零件因高強(qiáng)度振動(dòng)而造成的損害減小，這一區(qū)域主要是在機(jī)械機(jī)翼以及機(jī)械支撐板上發(fā)揮作用，提高其疲勞強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)：

機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度是機(jī)械能夠良好運(yùn)轉(zhuǎn)與保證長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件，疲勞強(qiáng)度的提高要從零件制造的選材、表面加工、交變應(yīng)力、振動(dòng)設(shè)計(jì)等方面下手，在應(yīng)用過(guò)程中針對(duì)于不同的情況要有靈活的應(yīng)變辦法。本文所提出的加強(qiáng)疲勞強(qiáng)度的措施為幾種常用辦法，也是比較有效的辦法，其實(shí)，在制造零件時(shí)候，只要對(duì)零件的本身加以控制和調(diào)整，就能夠使其在機(jī)械設(shè)備中發(fā)揮良好作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

第一作者：潘劉亞（1996.5.25），男，漢族，學(xué)生，河南省周口市鹿邑縣玄武鎮(zhèn)潘莊村，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，專業(yè)：機(jī)械工程

第二作者：羅科（1996.6.9），男，漢族，學(xué)生，安徽省宿州市埇橋區(qū)大澤鄉(xiāng)鎮(zhèn)大宋村，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，專業(yè)：機(jī)械工程

第三作者：楊茂恩（1997.5.10）河南省舞鋼市，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，專業(yè)：機(jī)械工程

第四作者：陳毅鵬（1997.4.2），男，漢族，學(xué)生，河南省汝州市大峪鄉(xiāng)袁窯村耿下村，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，專業(yè)：機(jī)械工程