浅谈提高机械设计疲劳极限指标的可靠度

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1、浅谈提高机械设计疲劳极限指标的可靠度　　【摘要】本文从机械设计过程中传统设计方法的概述、影响机械设计疲劳强度指标的因素和现有资料中疲劳极限指标的可靠性与测定方法等三个方面，对机械设计疲劳指标的可靠度进行了阐述，以期为提高机械设计结果的准确性提供有力的理论依据。【关键词】机械设计；疲劳极限指标；可靠度随着社会经济的发展和设备技术的不断更新，机械制造以其无可取代的重要性受到人们越来越多的关注，而疲劳极限指标的可靠度对于机械设计工作的成败有着直接的影响。虽然很多的疲劳极限指标在相关的设计手册中均可以找到，但是受到材质

2、不明和数据失真等因素的干扰，机械设计过程中仍然存在着很大的不确定性和盲目性。因此，提高疲劳极限指标的可靠性对于提高机械设计质量有着重要的作用和价值。一、机械设计过程中传统设计方法的概述6在机械设备日趋完善和新技术不断更新的环境下，人们逐渐认识到设计方法的重要性。精度高和性能好的设计方法不但可以提高机械设计工作的效率和质量，而且可以为机械加工企业带来更多的经济效益与社会效益。因此，分析传统设计方法中存在的问题，并加以合理的改进和完善已经成为保证设计方法科学性和先进性的有效途径。在现代化工程建设项目中，很多机械零件

3、都要承受相关的应力作用，以满足工程建设施工的实际要求。众多的工程实践证明，70%以上的零件失效都是由于其抗疲劳能力有限而导致的。在机械设计中，疲劳断裂抗力是评定零件疲劳极限的主要指标之一，而疲劳抗力指标是由零件的光滑试样通过对称循环弯曲应力试验得到的零件弯曲疲劳极限，其在机械设计的技术资料与相关手册中均可查到，而零件在其他的应力状态中，还有扭转疲劳极限与抗压疲劳极限等。在零件需要承受非对称性的循环应力时，设计人员要根据其在对称循环应力时的弯曲疲劳极限参数、静应力时极限应力的参数和脉动循环应力时的弯曲疲劳极限参数

4、等，绘制建筑材料零件的疲劳极限应力图。二、影响机械设计疲劳极限强度指标的因素6即使同牌号同批次的材料，由于冶炼过程中化学成分的变动、成分偏析、轧制温度和冶炼条件的波动等因素的影响，其性能也会在一定范围内出现变化。由于机械材料的晶体内部浓度不均衡、晶界和晶粒性能存在差异、非金属杂质和金属界面结合不好、金属内部宏观与微观存在缺陷等诸多的因素，使得即使零件的加工工艺、化学成分和热处理情况都相同，其性能也无法做到完全一样。零件彼此之间的差异在室温和静荷载的作用下，被有明显的表现，但是如果零件在动载荷或者交变载荷的作用下

5、，其性能会因为应力的应变作用高度的局部化而表现出显著的不均匀性，这一点从疲劳极限试验数据的极为分散可以得到证明。经过试验的研究证明，零件疲劳破坏和静力破坏的过程在滑移的阶段仍然相同，但是在静载荷的作用下，塑性变形和强化在零件内部分布的体积较大，在交变载荷的作用下，零件疲劳裂纹则集中于个别的晶粒。如果试件的外部存在缺口或着粗糙，以及内部存有缺陷，则在这些相应处会出现应力高峰，从而形成疲劳裂缝。因为零件的抗疲劳性取决于其最弱部分强度或者因缺陷而导致的应力集中处，所以内部组织存在的缺陷对于零件破坏的影响不容忽视。在机

6、械设计的过程中，设计人员往往只重视零件的外形、制造工艺和使用条件等因素，而忽视了材料的本质对零件疲劳抗力的影响。但是在实际操作的过程中，人们很难发现材料微观处的缺陷，如焊接的裂纹和熔渣等，从而导致经常出现零件疲劳断裂的情况。但是由于材料内部影响其疲劳抗力的因素众多，且复杂多变难于控制，因此寻找到合适的设计方法至关重要。三、现有资料中疲劳极限指标的可靠性与机械设计方法6如上所述，疲劳极限的试验数据极为分散，在相同的应力下其应力的循环周次可能出现几倍至百倍的变化幅度，这可以从零件使用的寿命中得到体现。以滚动轴承为例

7、，有统计结果显示，即使滚动轴承的型号和批次相同，其使用寿命的最高和最低期限比值也高达8～40倍。因此，只有以统计处理的方法获取相关数据，才能保证疲劳极限强度指标的准确性与可靠性，从而减少机械设计过程中的不确定性与盲目性。在测定材料的极限疲劳强度过程中，生产制造单位要将测定的原始资料详尽地提供给设计人员，如疲劳试样的形状尺寸、材质质量、毛坯类型、组织状态、晶粒大小、取样部位和加工方法等。对于压轧材料或者小型的锻件，设计人员要详细了解疲劳试样的压轧方向，这对于材料抗压的疲劳极限测定最为关键。对于大型的锻件，设计人员

8、要了解其取样的部位在钢锭的具体位置。对于铸件的试样材料，设计人员要了解其为单独铸造或者为取自铸件，如果为取自铸件，要了解试样材料在铸件上的具体位置，因为铸件不同位置所取的试样，其性能也会有显著的差异。材料试样的切割方法也非常重要，如果取样人员采用气割或者利用电弧切割，试样都会受到再次加热的影响，从而对其微观组织或者性能不可忽略的产生影响。如果取样人员采用冷切割的方法，还需要注意避开材料