機械零件的失效是指零件在使用過程中,零件部分或完全喪失了設(shè)計功能。零件完全被破壞不能繼續(xù)工作;或零件已嚴(yán)重損壞,若繼續(xù)工作將失去安全;或雖能安全工作,但已失去設(shè)計精度等現(xiàn)象都屬于失效。
為了預(yù)防零件失效,需對零件進行失效分析,即通過判斷零件失效形式、確定零件失效機理和原因,有針對性地進行選材、確定合理的加工路線,提出預(yù)防失效的措施。
機械零件的主要失效形式
靜強度失效
機械零件在受拉、壓、彎、扭等外載荷作用時,由于某一危險截面上的靜應(yīng)力超過零件的強度極限而發(fā)生斷裂或破壞。例如,螺栓受拉后被拉斷和鍵或銷的剪斷或壓潰等均屬于此類失。
疲勞強度失效
大部分機械零件是在變應(yīng)力條件下工作的,變應(yīng)力的作用可以引起零件疲勞破壞而導(dǎo)致失效。
另外,零件表面受到接觸變應(yīng)力長期作用也會產(chǎn)生裂紋或微粒剝落的現(xiàn)象。疲勞破壞是隨工作時間的延續(xù)而逐漸發(fā)生的失效形式,是引起機械零件失效的重要原因。例如,軸受載后由于疲勞裂紋擴展而導(dǎo)致斷裂、齒根的疲勞折斷和點蝕以及鏈條的疲勞斷裂等都是典型的疲勞破壞。 機械零件的靜強度失效是由于靜力超過了屈服極限,并在斷裂發(fā)生之前,往往出現(xiàn)很大的變形,因此靜強度失效往往是可以發(fā)現(xiàn),并可以預(yù)知的。
疲勞強度失效逐步形成但很難事先預(yù)知,因此它危害更大。
摩擦學(xué)失效
摩擦學(xué)失效主要是腐蝕、磨損、打滑、膠合和接觸疲勞。
腐蝕是發(fā)生在金屬表面的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕現(xiàn)象,其結(jié)果將使零件表面產(chǎn)生銹蝕而使零件的抗疲勞能力降低。
磨損是兩個接觸表面在作相對運動的過程中,表面物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。
膠合是由于兩相對運動表面間的油膜被破壞,在高速、重載的工作條件下,發(fā)生局部粘在一起的現(xiàn)象,當(dāng)兩表面相對滑動猓相粘結(jié)的`部位被撕破而在表面上沿相對運動方向形成溝痕,稱為膠合。
接觸疲勞是受到接觸變應(yīng)力長期作用的表面產(chǎn)生裂紋或微粒剝落的現(xiàn)象。
有些零件只有在滿足某些工作條件下才能正常工作。例如,液體摩擦的滑動軸承,庥性詿嬖諭暾的潤滑油膜時才能正常地工作,否則滑動軸承將發(fā)生過熱、膠合、磨損等形式的失效,屬于摩擦學(xué)失效。
又如,帶傳動的打滑和螺紋的微動磨損也是摩擦學(xué)失效的例子。
其他失效
除了以上指出的主要失效形式,機械零件還有其他一些失效形式,如變形過大的剛度失效、不穩(wěn)定失效等等。
此外,機械零件的具體失效形式還取決于該零件的工作條件、材質(zhì)、受載狀態(tài)及所產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)等多種因素。即使同一種零件,由于工作情況及機械的要求不同,也可能出現(xiàn)多種失效形式。例如齒輪傳動可能出現(xiàn)輪齒折斷、磨損、齒面疲勞點蝕、膠合或塑性變形等失效形式。