關(guān)于提升機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度和耐磨力的研究

楊洋 屈二淵

[摘 ? ?要 ]機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度以及耐磨力是影響機(jī)械使用壽命的關(guān)鍵，主要研究如何更好地提升機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度和耐磨力，首先從材料選擇、改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝以及操作使用規(guī)范等方面介紹提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的方法，其次結(jié)合實(shí)際案例從改進(jìn)設(shè)計(jì)、降低壓強(qiáng)等方面介紹提升機(jī)械零件耐磨力的方法，希望通過文章的分析能夠?yàn)楹笃谔嵘龣C(jī)械零件疲勞強(qiáng)度和耐磨力提供參考。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械零件;疲勞強(qiáng)度;耐磨力

[中圖分類號]TH114 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]The fatigue strength and wear resistance of mechanical parts are the key to affecting the service life of machinery. The main research is how to better improve the fatigue strength and wear resistance of mechanical parts. Firstly， from the selection of materials， improving the structure of the parts， the production process and the operating specifications Introduce methods to improve the fatigue strength of mechanical parts， and then introduce methods to improve the wear resistance of mechanical parts from the aspects of improving design and reducing pressure combined with actual cases. It is hoped that the analysis in this article can provide a reference for the later improvement of the fatigue strength and wear resistance of mechanical parts.

[Keywords]mechanical parts; fatigue strength; wear resistance

在機(jī)械零件的使用過程中，大部分零件都是疲勞破壞導(dǎo)致失效。近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，生產(chǎn)加工的速度要求不斷提高，機(jī)械零件的工作環(huán)境也逐漸趨向高速、高壓、高溫等更加復(fù)雜的方向，這也對機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨力提出更高的要求。因此在現(xiàn)階段加強(qiáng)對提升機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度和耐磨力的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠更加全面地了解提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度和耐磨力的方法，從而進(jìn)一步提升機(jī)械零件的性能，更好地滿足機(jī)械零件的使用需求。

1 提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的方法

在機(jī)械零件的制造使用過程中，很多因素都會影響零件的疲勞強(qiáng)度，要想有效提升零件的疲勞強(qiáng)度需要從以下幾方面入手。

1.1 選擇合適的零件材料

零件材料是影響零件疲勞強(qiáng)度的關(guān)鍵，目前零件加工常用的材料主要為鋼材，比如鑄鋼、鍛鋼和球墨鑄鐵，在選擇時具體可以從以下幾方面考慮。

（1）材料的強(qiáng)度及塑性，高強(qiáng)度材料的疲勞壽命相對更高。對于低周疲勞設(shè)計(jì)要求的零件，可能會出現(xiàn)屈服強(qiáng)度低于應(yīng)力的情況，造成塑性變形，這就需要使用塑性更好地材料加工零件。因此在實(shí)際加工中要綜合考慮材料的強(qiáng)度及塑性特點(diǎn)。

（2）材料的純度要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)材料不純造成的零部件缺陷問題，比如在加工軸承零件時，如果使用材料不純可能會造成軸承夾渣，影響軸承的使用壽命。在實(shí)際生產(chǎn)中可以采用電爐重熔的方法去除零件中的雜質(zhì)。

（3）調(diào)控材料晶粒度以及晶粒取向，對于不同工作條件下的材料，材料的晶粒度以及晶粒取向有不同的要求。如果零件在常溫環(huán)境中使用，可以選擇細(xì)化晶粒，有助于減少裂紋的出現(xiàn)。如果零件工作環(huán)境為高溫，則應(yīng)該選擇大顆粒晶粒，提高零件的疲勞強(qiáng)度，而且在鍛造加工時應(yīng)盡量保持鍛造軋制方向與零件的受力方向一致。

（4）零件的熱處理工藝，比如滲碳熱處理、調(diào)質(zhì)熱處理等方法，可以提高零件材料的疲勞強(qiáng)度。

1.2 改進(jìn)零件機(jī)械結(jié)構(gòu)

在實(shí)際使用中，零件裂紋普遍出現(xiàn)于應(yīng)力集中的位置，比如凹槽、鉆孔或者螺紋等位置，而且這些位置會由于裂紋的擴(kuò)展最終導(dǎo)致零件的斷裂，達(dá)到疲勞壽命。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過改進(jìn)零件機(jī)械結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中的方法來提高零件的疲勞壽命。比如可以將零件的倒圓角半徑變大，增大過渡的面積，避免在使用中出現(xiàn)應(yīng)力突然變大的情況，從而提升機(jī)械零件的疲勞壽命。如圖1所示，在零件過肩位置設(shè)計(jì)倒圓角，能夠有效減輕零件應(yīng)力集中的情況，延長其使用壽命。

1.3 改進(jìn)零件的生產(chǎn)加工工藝

生產(chǎn)加工工藝及技術(shù)水平的高低會對零件疲勞壽命產(chǎn)生重要的影響，因此可以通過改進(jìn)加工工藝的方法提高零件壽命。

（1）可以提高機(jī)械零件表面的光潔程度，避免在零件表面出現(xiàn)擦痕、腐蝕生銹等情況，降低從表面到內(nèi)部形成的零件損壞。

（2）可以對零件表面進(jìn)行冷作硬化處理，比如可以采用滾壓工藝使零件內(nèi)部形成壓應(yīng)力，從而全面提高零件的疲勞強(qiáng)度。另外對于焊接零件，要注意焊接坡口以及焊縫的處理，焊接位置必須焊透，而且焊縫表面要保持光滑。

1.4 按規(guī)定使用并定期檢修

零件疲勞壽命的高低不僅與零件的生產(chǎn)加工有關(guān)，也與零件的使用操作有關(guān)，不科學(xué)地操作會機(jī)械零件出現(xiàn)損傷，降低零件的使用壽命，導(dǎo)致零件提前報(bào)廢。因此必須按照零件的使用規(guī)定進(jìn)行操作，同時在使用過程中應(yīng)定期檢修，及時更換潤滑油，增添潤滑劑，并根據(jù)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用情況調(diào)整機(jī)器，及早排除機(jī)械設(shè)備運(yùn)行存在的隱患，從而延長零件疲勞壽命。在廠家生產(chǎn)銷售零件時，可以在產(chǎn)品說明書中明確對零件進(jìn)行大中小修的時間以及具體的操作要求。用戶在日常使用機(jī)械零件時，實(shí)時監(jiān)測零件的使用情況，掌握了解機(jī)械零件的損傷程度。

2 提升機(jī)械零件耐磨力的方法

機(jī)械零件的耐磨程度主要與零件的制造工藝和日常使用有關(guān)，生產(chǎn)工藝差或者使用環(huán)境惡劣就會導(dǎo)致零件的耐磨力不斷降低，影響零件的正常使用。因此可以從零件材料選擇、零件處理、零件設(shè)計(jì)、裝配使用等方面入手來提高零件的耐磨力。

2.1 選擇合適材料及熱處理工藝

機(jī)械零件的耐磨性與零件的表面強(qiáng)度與密切的聯(lián)系，而零件材料和表面熱處理的工藝是影響零件表面強(qiáng)度的關(guān)鍵。因此，要想有效提升機(jī)械零件的耐磨力，需做到以下幾點(diǎn)。

（1）要考慮選擇表面硬度更高的材料，比如碳鋼材料，通過在鋼材料中增加錳，能夠有效提升零件的耐磨力，或者通過滲氮、滲碳等表面處理技術(shù)，也可以提高機(jī)械零件的耐磨性能。

（2）此外，可以采用表面涂層技術(shù)，將耐磨性更好地薄金屬涂抹在金屬表面，減輕零件在使用中產(chǎn)生的摩擦和磨損，從而提升零件的耐磨性。需要注意的是，對于相互摩擦的零件，比如螺旋和螺母等應(yīng)選擇不同類型的材料，比如對于相配的零件可以分別使用銅合金與鋼進(jìn)行加工。

2.2 降低表面壓強(qiáng)

零件接觸面的磨損與零件表面之間的壓強(qiáng)有關(guān)，降低壓強(qiáng)有利于減輕零件接觸面的磨損，提高零件的耐磨性。因此在設(shè)計(jì)零件的滑動表面時，要根據(jù)零件的使用情況合理控制接觸面之間的壓強(qiáng)，從而更好地保證零件壽命。圖2是常用的機(jī)械卸荷裝置，這種裝置的使用能夠有效降低零件之間的表面壓強(qiáng)。在使用過程中移動件6與滑動導(dǎo)軌5接觸，其重力由導(dǎo)軌承擔(dān)，2個零件之間產(chǎn)生壓強(qiáng)，長時間使用會形成較大的磨損，因此為了減輕磨損，改進(jìn)使用這種機(jī)械卸荷裝置，使零件6的95%的重量轉(zhuǎn)移到輔助面4，從而將零件5承擔(dān)的大部分壓強(qiáng)轉(zhuǎn)移到滾動軸承3上，而且在使用過程中可以通過調(diào)節(jié)螺釘1和碟形彈簧2的方式來調(diào)節(jié)卸荷力。這樣能夠有效降低零件5和零件6之間的壓強(qiáng)，提高零件的耐磨性。

2.3 科學(xué)改進(jìn)導(dǎo)軌形狀

在零件的實(shí)際應(yīng)用中，零件在運(yùn)動之中的磨損是不可避免的，長時間高載荷運(yùn)行使用會使得磨損后的零件匹配降低，出現(xiàn)松動，影響正常地使用。因此在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過改進(jìn)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的方法來降低零件之間的磨損以及由于磨損造成的不良影響。比如在對機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行設(shè)計(jì)時，移動件在使用中需要來回運(yùn)動，難以避免產(chǎn)生零件的磨損，針對這種移動件，可以將導(dǎo)軌設(shè)計(jì)成上凸的形狀，降低導(dǎo)軌上方零件的重力，減輕磨損，從而延長移動件的使用壽命。

2.4 對易磨損件進(jìn)行組合設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，不同的零件承擔(dān)不同的作用，有些零件因其所在的位置，難以避免出現(xiàn)較大的磨損，但是磨損位置往往集中于某一區(qū)域，針對這種情況，如果更換整個零件會造成較大的資源浪費(fèi)。因此在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，針對這種易磨損的零件可以采用組合設(shè)計(jì)，對于被磨損的位置進(jìn)行局部更換，提升整個機(jī)械零件的耐磨性。某些機(jī)械設(shè)使用的制動器，在工作過程中，制動瓦與制動輪相互接觸，制動工作狀態(tài)下，制動輪和制動瓦之間會產(chǎn)生較大的摩擦磨損，因此可以采用組合設(shè)計(jì)，使用鉚釘將制動瓦與制動輪連接為整體，并在制動瓦表面涂抹抗磨材料。比如在制動裝置的使用中，如果制動裝置在使用一段時間后，制動瓦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損，只需更換抗磨材料即可。

3 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械零件的疲勞壽命與機(jī)械零件的使用性能和效益有密切的聯(lián)系，零件性能會直接影響到機(jī)械零件的使用。而零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性是影響零件疲勞壽命的關(guān)鍵，在零件的設(shè)計(jì)使用過程中，可以通過選擇合適的材料、改進(jìn)零件設(shè)計(jì)、加工工藝等方面入手來提高零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨力。未來隨著實(shí)體經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行業(yè)對零件使用壽命的要求會更高，零件加工使用也會遇到更多更復(fù)雜的問題，這就需要相關(guān)人員不斷加強(qiáng)對于機(jī)械零件生產(chǎn)加工的研究，改進(jìn)工藝，提升零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性，更好地滿足跟行業(yè)對于零件性能的要求，推動加工制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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