影響機(jī)械設(shè)備使用壽命的因素分析

張煥琴

摘要：從零件材料質(zhì)量及熱處理方法、零件表面機(jī)械加工質(zhì)量、零件間的配合性質(zhì)、基礎(chǔ)零件的變形等方面，闡述了如何提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命，對(duì)影響機(jī)械設(shè)備使用壽命的因素進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；使用壽命；因素分析

中圖分類號(hào)：U672文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.018

提高機(jī)械零件的使用壽命，可延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用年限。在正常的使用和按時(shí)保養(yǎng)的情況下，機(jī)械的使用年限只和制造及修理質(zhì)量有關(guān)，制造與修理的核心是零件的使用壽命問(wèn)題。機(jī)械的使用壽命與很多具體因素有關(guān)，如零件材料質(zhì)量及熱處理方法，零件表面機(jī)械加工質(zhì)量，零件間的配合性質(zhì)，基礎(chǔ)零件的變形等等。具體分析如下：

1材料質(zhì)量的影響

制造和修復(fù)零件都涉及零件材質(zhì)選擇與熱處理的方法問(wèn)題。材料質(zhì)量和熱處理方法，對(duì)零件的壽命有重要影響。選擇零件材料應(yīng)考慮零件承受的載荷性質(zhì)、轉(zhuǎn)速、溫度、潤(rùn)滑條件及制造工藝等情況。

磨損的發(fā)生和發(fā)展，是由材料的塑性變形開始的，材料的耐磨性和材料的硬度有關(guān)。碳鋼的耐磨性隨硬度和含碳量的增高而提高。但是，高硬度的零件只有在所要求的粗糙度下才能具有較高的耐磨性。如果表面粗糙度高，在摩擦過(guò)程中凸起處可能脫落，形成硬質(zhì)磨粒而加劇磨損。

承受沖擊載荷的零件，除要求具有較高的硬度外，還要求有較好的韌性。因硬度高的材料脆性大，所以一般承受沖擊載荷的零件都選用低碳鋼、中碳鋼與合金鋼進(jìn)行表面處理（如滲碳后淬火和回火）。這樣，零件表面硬度高，心部有韌性，可以滿足承受沖擊載荷的需要。載荷的性質(zhì)能影響零件的損壞形式。在靜載荷作用下的零件是工作表面磨損，而在動(dòng)載荷作用下的零件是由于磨損而疲勞損壞。對(duì)承受動(dòng)載荷的零件，不僅要考慮耐磨性，還應(yīng)考慮疲勞強(qiáng)度。一般以選擇高強(qiáng)度的合金鋼為宜。鑄鐵的耐磨性是比較高的，在鑄鐵中加入鎳、鉻、錳、鉬及其它合金元素并進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，可提高強(qiáng)度和耐磨性。

2機(jī)械加工質(zhì)量的影響

零件表面機(jī)械加工質(zhì)量是指表面粗糙度、表面幾何形狀、位置和尺寸精度，其中以表面粗糙度對(duì)零件的耐磨性影響最為顯著。

在磨合階段，零件表面粗糙的凸點(diǎn)互相接觸，實(shí)際接觸面積小于計(jì)算值，使接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)和溫度都高，造成凸出部分的高速磨損。

表面粗糙度影響靜配合零件的耐久性。粗糙的表面在裝配時(shí)凸起部分產(chǎn)生塑性變形，并相互剪切掉凸出部分，使過(guò)盈量小于計(jì)算值，使用中容易松動(dòng)。

從形成油膜的角度來(lái)分析，粗糙的表面由于不平度的存在，破壞了油膜的連續(xù)性，使?jié)櫥瑮l件變壞。光潔度高的表面，由于過(guò)于光滑，在工作過(guò)程中潤(rùn)滑油易被擠出，也使?jié)櫥阅芙档停虼吮砻娲植趹?yīng)適度。

3配合性質(zhì)的影響

機(jī)械設(shè)備的使用壽命，與制造和修理裝配過(guò)程中的配合性質(zhì)有關(guān)。各種總成和部件又是由多種配合方式組成的，所以在制造與修理裝配時(shí)，正確地選擇配合件的配合種類與配合性質(zhì)是十分重要的。如果偶件間是傳動(dòng)關(guān)系，必然按動(dòng)配合組裝。動(dòng)配合副在原設(shè)計(jì)中通過(guò)計(jì)算留一定裝配間隙，這個(gè)間隙既不能隨便放大，也不能任意縮小。動(dòng)配合副的裝配間隙與磨合間隙越小，配合副的工作時(shí)間越長(zhǎng)。磨合期的磨損與零件表面粗糙度有關(guān)。要使裝配間隙小，只有提高零件的加工精度。裝配時(shí)應(yīng)采用選配法，零件在制造與修復(fù)時(shí)公差范圍要放寬，按尺寸精度分組選配，縮小裝配間隙。如發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、缸筒和柱塞副的配合等，都是采用分組裝配的。

4材料的疲勞影響

機(jī)械設(shè)備的曲軸、齒輪和彈簧等零件是在大小不同和方向變化的載荷作用下工作的，承受著彎曲交變應(yīng)力和其它交變的復(fù)雜應(yīng)力，往往由于疲勞而產(chǎn)生裂紋，甚至折斷損壞。

疲勞裂紋的產(chǎn)生，不僅由于循環(huán)作用的彎曲和扭曲應(yīng)力，也可能受拉、壓循環(huán)應(yīng)力的影響。疲勞裂紋經(jīng)常在零件表面出現(xiàn)，因?yàn)楸砻娴挚寡h(huán)應(yīng)力的能力差。但是經(jīng)表面加工強(qiáng)化的零件，疲勞裂紋的發(fā)生點(diǎn)則出現(xiàn)在強(qiáng)化層之下。表面強(qiáng)化可采用滾壓、高頻淬火等方法。強(qiáng)化零件表面是使表面金屬組織發(fā)生變化，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。

5基礎(chǔ)件變形的影響

機(jī)械設(shè)備各總成的基礎(chǔ)件如汽缸體、變速器殼體、壓縮機(jī)殼體、電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子、挖掘機(jī)液壓缸缸筒等殼體零件，在使用過(guò)程中往往產(chǎn)生不同程度的變形，破壞了其上各零件各配合間正確的相互位置，如孔與孔間的同軸度、平行度和垂直度等。汽缸體的變形直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，液壓缸的外力變形會(huì)影響活塞的密封性?；A(chǔ)件變形的原因：

（1）殘余內(nèi)應(yīng)力的影響：機(jī)體和后橋體等鑄鐵基礎(chǔ)件，在制造加工時(shí)均能保證配合表面間的正確位置。然而，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，其表面間的相互位置產(chǎn)生了超過(guò)公差允許范圍的形變。只有在機(jī)械加工前，對(duì)鑄鐵件進(jìn)行自然時(shí)效處理和人工時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力，才能防止形變。

（2）外載荷的影響：機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)體和后橋體等基礎(chǔ)件均受各種不同大小的外力作用，包括機(jī)器工作過(guò)程中正常的傳遞力，零件安裝位置不合適所產(chǎn)生的裝配應(yīng)力，拖拉機(jī)作業(yè)中突然遇到障礙所產(chǎn)生的外力，突然剎車時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力等。這些外力構(gòu)成了基礎(chǔ)件所承受的動(dòng)載荷。這種外載荷是造成基礎(chǔ)件個(gè)別部位變形的重要因素。

（3）溫度的影響：金屬的彈性極限隨溫度的升高而下降，所以在溫度較高的條件下工作的基礎(chǔ)件更易變形。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體在最大外載荷與高溫的共同作用下，往往容易產(chǎn)生變形，從而破壞了表面的正確位置。

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