还剩4页未读,继续阅读
文本内容:
第六章 机器设备寿命估算第一节 概述
一、自然寿命(P375) 受有形磨损的影响
二、技术寿命(P376) 第Ⅱ种无形磨损可以缩短设备的技术寿命,而对设备进行技术改造可以延长其技术寿命
三、经济寿命(P376) 受到有形磨损和无形磨损的共同影响 第二节 磨损寿命
一、磨损的基本概念
二、典型的磨损过程
(一)正常的磨损过程分为三个阶段即初期磨损阶段(第Ⅰ阶段)、正常磨损阶段(第Ⅱ阶段)和急剧磨损阶段(第Ⅲ阶段) ,就是直线的斜率叫做磨损强度,它等于单位时间磨损的厚度,所以磨损强度越大,表明材料耐磨性越差 简化的磨损方程
(二)磨损寿命
1.设备的正常寿命T是第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段时间之和 T=△t1+△t2 (6-4)
2.简化后
(三)磨损率 磨损率是指实际磨损量和极限磨损量之比用表示
三、剩余磨损寿命的计算 第三节 疲劳寿命理论及应用
一、基本概念
(一)应力
(二)应变
(三)材料强度(P382) 【提示】对没有出现明显屈服现象的材料,用产生
0.2%残余变形的应力作为条件屈服极限 【提示】屈服极限σs、强度极限σb是评价材料静强度的重要指标 【小结】比例极限应力和应变、力和变形成线性关系的最大应力,用σp表示弹性极限保持弹性变形的最大应力,超过它就不再仅仅是弹性变形,还有塑性变形,用σe表示屈服极限开始出现屈服现象的应力,所谓屈服,就是负荷不再增加,但试件还在继续伸长的这种现象屈服极限用σs表示强度极限材料拉断前的最大应力,也叫做抗拉强度,用σb表示断裂负荷试件断裂处的负荷
(四)许用应力(P383)定义许用应力是机械设计中,允许零件或构件承受的最大应力值公式对于塑性材料(大多数结构钢、铝合金等)对于脆性材料(高强度钢、铸铁等) 掌握【例6-3】
二、疲劳及疲劳寿命(P384) 静应力静应力就是应力的大小和方向不随时间而改变 交变应力它是指应力的大小和方向随时间呈周期性的变化的应力 疲劳寿命材料在疲劳破坏前所经历的应力循环次数称为疲劳寿命
三、疲劳寿命曲线(P385)
1.零件的疲劳寿命与零件的应力水平有关,它们之间的关系可以用疲劳寿命曲线表示(S-N曲线)
(1)种类应力—寿命曲线(σ—N曲线),应变—寿命曲线(δ—N曲线)
(2)数学表达式σmN=C (6-7) 掌握【例6-4】 【小结1】水平起始点M对应的应力值σ叫做疲劳极限
①疲劳极限是可以承受无限次应力循环而不会发生疲劳破坏的最大应力
②疲劳极限比材料静强度极限要低得多 【小结2】对应M点的横坐标叫做循环基数,用符号N0来表示,N0一般是107,但是对于具体的材料、具体的循环特征,N0有所不同
①在N0点右边的部分,是无限寿命区,如果承受的应力小于疲劳极限,试件就可以承受无限次应力循环而不发生疲劳破坏;
②N0点左边的区域为有限寿命区,又称为条件疲劳极限,即当材料所承受的最大应力大于它的疲劳极限时,只能承受有限次应力循环,而不能是无限次
③N低于104~105时对应的有限寿命区称为低周疲劳区
④在有限寿命区,应力和循环次数的关系用方程σmN=C来表示 【提示】S-N曲线是由标准试件测试得出的,对于实际零件尺寸和表面状态与试件有差异,常存在由圆角、键槽等引起的应力集中,所以,在使用时必须引入应力集中系数K、尺寸系数ε、和表面系数β
四、循环应力的特性P387
(1)交变应力的参数 循环应力特点对称循环应力循环特征r等于-1;最大应力和最小应力大小相等,符号相反;平均应力等于0;应力幅等于最大应力脉动循环应力循环特征r等于0;应力幅等于平均应力,都等于二分之一最大应力;最小应力等于0静应力循环特征r等于+1;最大应力等于最小应力,等于平均应力;应力幅等于0
(2)疲劳极限曲线P388 工程上,常将这条曲线简化为ACB折线,或者直接简化为AB折现,虽降低了计算精确度,但更趋于安全
五、疲劳极限P388 考虑零件的应力循环特征、尺寸效应、表面状态应力集中等因素的零件疲劳极限如表6-1所示 表6-1零件疲劳极限和的计算公式 应力循环情况弯曲或拉压时的扭转时的恒幅对称循环(r=-1)
六、疲劳损伤积累理论P390 疲劳损伤积累理论认为,当零件所受的应力高于疲劳极限时,每一次应力循环都会对零件造成一定量的损伤,这种损伤是可以积累的;当损伤积累到临界值时,零件将发生疲劳破坏 线性损伤积累理论认为,每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的,总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加(帕姆格伦—迈因纳定理) 损伤率达到100%时,发生疲劳损坏 令N为以循环数表示的疲劳寿命,上式可以改写为 掌握【例6-6】
七、疲劳寿命理论的应用P391(把握教材【例6-7】) 【例6-7】某起重机部件,每天各种载荷所对应的危险断面应力及其出现次数如表所示,循环基数N0=107次该部件已经运行380天,试计算其疲劳损伤率在负荷强度相同的情况下,该起重机的剩余疲劳寿命为多少? 某起重机零件其危险截面所对应的应力和出现次数如下序号应力(MPa)每天出现次数对应的疲劳破坏循环次数
123651.0×
104219894.15×
1043135289.3×
1554101559.9×10658089>107 [答疑编号6155060101] 『正确答案』
(1)计算各种载荷的作用次数ni;序号应力(MPa)总工作日每天出现次数对应载荷的总循环次数1236380天
51.9×
103219893.42×
1033135281.06×
1044101552.09×
104580893.38×104
(2)计算每一应力水平下的损伤率;序号应力(MPa)每天出现次数对应的疲劳破坏循环次数Ni对应载荷的总作用次数ni对应应力水平下的损伤率ni/Ni
123651.0×
1041.9×
1030.
190219894.15×
1043.42×
1030.
0823135289.3×
1051.06×
1040.
0114101559.9×
1062.09×
1040.00258089>
1073.38×104不产生疲劳损伤
(3)计算总损伤率 剩余寿命=1333-380=953天第四节 损伤零件寿命估算
一、疲劳断裂的基本过程P395 疲劳断裂过程大致可分为四个阶段,即成核;微观裂纹扩展;宏观裂纹扩展;断裂 其中,第一阶段为裂纹萌生阶段,第
二、第三阶段为裂纹的亚临界扩展阶段
二、损伤零件疲劳寿命估算P396 掌握【例6-8】 【例6-8】某机器轴上存在表面裂纹,初始裂纹尺寸a0=3mm,与裂纹平面垂直的应力σ=300Mpa,在裂纹扩展速度的半经验公式中 A=10-15 n=4 若临界裂纹尺寸ac=
9.38mm,并且每天出现20次应力循环,试计算该轴的剩余寿命 [答疑编号6155060102] 『正确答案』 若按每天20次循环应力计算,则 剩余使用寿命=14946/20×365=
2.05(年) 附积分公式
三、影响裂纹扩展的其他因素
1.应力循环特征的影响它对裂纹扩展速度影响比较大
2.加载频率的影响当Δk值比较高时,裂纹扩展速度和加载频率成反比关系
3.温度的影响对深埋裂纹,当温度低于蠕变温度时,温度对裂纹扩展速度无明显影响;对表面裂纹,高温对裂纹扩展速度影响比较大 。