机械零件的失效形式失效
机械零件失效形式及诊断
机械零件失效形式及诊断1. 引言机械零件是任何机械设备中最关键的组成部分之一。
随着机械设备的运行时间增加，零件的失效概率也会增加。
因此，了解机械零件的失效形式以及如何进行诊断对于设备的维护和保养至关重要。
本文将讨论常见的机械零件失效形式以及相应的诊断方法，希望能给读者提供一些有益的知识和实用的技巧。
2. 机械零件失效形式2.1 磨损失效磨损是机械设备常见的失效形式之一。
机械零件在长时间的摩擦和磨损中会出现磨损现象，导致零件尺寸变小、表面质量下降等问题。
常见的磨损形式包括表面磨损、疲劳磨损和焊接磨损等。
2.2 塑性变形失效塑性变形是指机械零件在受外力作用下发生塑性变形，导致零件形状和尺寸的永久性变化。
塑性变形常见的形式有弯曲、扭转和压扁等。
2.3 断裂失效断裂是机械设备中最严重的失效形式之一。
机械零件在受到较大的外力作用下可能会发生断裂，导致机械设备无法正常工作。
常见的断裂形式包括静态断裂、疲劳断裂和韧性断裂等。
2.4 腐蚀失效腐蚀是指机械零件在介质中受到化学反应导致金属表面发生腐蚀破坏的现象。
腐蚀会导致机械零件的表面质量下降、尺寸变化等问题。
3. 机械零件失效的诊断方法3.1 监测技术通过使用各种监测技术，可以实时监测机械零件的工作状态和性能参数。
这些监测技术包括振动监测、噪声监测、温度监测等。
通过对监测数据的分析和比对，可以及时发现机械零件的异常情况，进而进行相应的维修和更换。
3.2 检查和观察定期的检查和观察是诊断机械零件失效的有效方法之一。
通过检查和观察，可以发现机械零件的磨损、变形、断裂等异常情况。
同时，还可以观察机械零件的润滑情况、磨损程度等。
这些信息对于及时诊断并防止机械零件失效具有重要意义。
3.3 非破坏性检测技术非破坏性检测技术可以在不破坏机械零件的情况下检测其内部的缺陷和损伤。
这些技术包括超声波检测、磁粉检测、射线检测等。
通过分析和评估检测结果，可以及时发现机械零件的问题，并采取相应的修复措施。
机械零件的失效形式及其对策
以摩擦副为主要零件的机械设备，在正常运转时，机械零件的磨损过程一般可分为磨
合(跑合)阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段，
％的零件因磨损而失效报废。据估计，世界上的能源消耗约有30％～50％是由于摩擦和磨
损造成的。
摩擦和磨损涉及的科学技术领域甚广，特别是磨损，它是一种微观和动态的过程，
在这一过程中，机械零件不仅会发生外形和尺寸的变化，而且会出现其他各种物理、化学和
机械现象。零件的工作条件是影响磨损的基本因素。这些条件主要包括：运动速度、相对压
生尺寸、形状和表面质量变化的现象称为磨损。摩擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦的
必然结果，两者均发生于材料表面。摩擦与磨损相伴产生，造成机械零件的失效。当机械零
件配合面产生的磨损超过一定限度时，会引起配合性质的改变，使间隙加大、润滑条件变坏。
产生冲击，磨损就会变得越来越严重，在这种情况下极易发生事故。一般机械设备中约有80
强烈振动、出现不正常的声响等。
机电设备的故障分为自然故障和事故性故障两类。自然故障是指机器各部分零件的正常
磨损或物理、化学变化造成零件的变形、断裂、蚀损等，使机器零件失效所引起的故障。事
故性故障是指因维护和调整不当，违反操作规程或使用了质量不合格的零件和材料等造成的
故障，这种故障是人为造成的，可以避免。
机器的故障和机械零件的失效密不可分。机械设备类型很多，其运行工况和环境条件差
异很大。机械零件失效模式也很多，主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
机械零件的磨损及其对策
相接触的物体相互移动时发生阻力的现象称为摩擦。相对运动的零件的摩擦表面发
机械零件的失效分析-学习领悟
机械零件的失效分析失效：零件或部件失去应有的功效零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
一般称呼失效大多是特指零件的早期失效，即未达到预期的效果或寿命，提前出现失效的过程。
失效分析：探讨零件失效的方式和原因，并提出相应的改进措施。
根据失效分析的结果，改进对零件的设计、选材、加工和使用，提高零部件的使用寿命，避免恶性事故的发生，带来相应的经济效益和社会效益。
一、零件的失效形式失效形式分3种基本类型：变形、断裂和表面损伤。
1、变形失效与选材（机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效）①弹性变形失效（由于发生过大的弹性变形而造成的零件失效）弹性变形的大小取决于零件的几何尺寸及材料的弹性模量。
金刚石与陶瓷的弹性模量最高，其次是难溶金属、钢铁，有色金属则较低，有机高分子材料的弹性模量最低。
因此，作为结构件，从刚度及经济角度看，选择钢铁是比较合适。
②塑性变形失效（零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效）塑性变形失效是零件中的工作应力超过材料的屈服迁都的结果。
一般陶瓷材料的屈服强度很高，但脆性非常大，因此，不能用来制造高强度结构件。
有机高分子材料的强度很低，最高强度的塑料也不超过铝合金。
因此，目前用作高强度结构的主要材料还是钢铁。
2、断裂失效①塑性断裂零件在受到外载荷作用时，某一截面上的应力超过了材料的屈服强度，产生很大的塑性变形后发生的断裂；②脆性断裂脆性断裂发生时，事先不产生明显的塑性变形，承受的工作应力通常远低于材料的屈服强度，所以又称为低应力脆断；③疲劳断裂在低于材料屈服强度的交变应力反复作用下发生的断裂称为疲劳断裂；④蠕变断裂在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加，最后由于变形过大或断裂而导致的失效；3、表面损伤①磨损失效磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式逐渐磨耗，而使零件尺寸不断变小的一种失效方式。
机械零件失效分析
机械零件失效分析机械零件是构成机械设备的基本组成部分，其质量和性能的好坏直接关系到整个机械设备的可靠性和安全性。
然而，在机械设备的长期运行中，由于各种原因，机械零件可能会出现失效现象。
失效分析是一种通过分析失败机械零件的失效原因来帮助我们改进设计、制造和维修策略的方法。
一、失效类型机械零件的失效类型多种多样，常见的包括疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效等。
疲劳失效是指材料在交变载荷作用下的长期疲劳过程中逐渐出现的损伤。
磨损失效是指机械零件在运行过程中由于与其他零件或外界环境的摩擦而造成的表面磨损。
腐蚀失效是指机械零件由于环境中的化学腐蚀而失效。
断裂失效是指机械零件由于超过其承载能力而发生断裂。
二、失效原因机械零件失效的原因也是多种多样的，常见的有材料问题、设计问题、制造问题、装配问题、使用问题等。
材料问题是指机械零件材料的质量或性能不达标，如含气体、夹杂物、晶粒非均匀等。
设计问题是指机械零件在设计过程中存在结构强度不足、刚度不够的问题。
制造问题是指机械零件在加工过程中存在加工质量不合格、工艺控制不严等问题。
装配问题是指机械零件在装配过程中存在装配不当、配合间隙设计不合理等问题。
使用问题是指机械零件在使用过程中存在操作不当、润滑不足等问题。
三、失效分析方法失效分析是通过分析失效零件的失效样品、现场情况以及相关维修记录来查找失效原因。
常用的失效分析方法包括物理分析、化学分析、力学分析、金相分析等。
物理分析是通过观察失效零件的外部形态和内部结构来判断失效形式。
化学分析是通过对失效零件进行化学成分分析以及腐蚀产物分析来判断失效原因。
力学分析是通过对失效零件进行力学性能测试以及有限元分析等方法来判断失效原因。
金相分析是通过对失效零件进行金相组织观察以及晶体学分析等方法来判断失效原因。
四、失效分析结果的应用失效分析的最终目的是为了指导我们改进机械零件的设计、制造和维修策略，提高机械设备的可靠性和安全性。
机械零件的主要失效形式有
机械零件的主要失效形式有：根断表面压碎表面点蚀塑性变形过量弹性形变共振过热和过量磨损等平键按用途分为平键导键滑键普通平键用于静联接，即轴与轴上零件之间没有先对移动。
按端部形状不同分为A型（圆头） B型（平头） C型（单圆头） 3种导键和滑键均用于动联接。
导键适用于轴上零件轴向位移量不大的场合；滑键用于轴上零件轴向位移较大的场合。
平键的宽度应根据轴的直径选取润滑剂的主要作用是减小抹茶，磨损，降低工作表面温度。
常用的润滑剂有：液体润滑剂，半固体润滑剂，固体润滑剂，气体润滑剂径向滑动轴承动压油膜的形成过程静止时，轴与轴承孔自然形成油楔；刚启动，速度低。
由于轴径与轴承之间摩擦，轴承沿轴承孔上爬。
随着速度增大，被轴径带动起来的润滑油进入楔形间隙并产生东亚力将轴径推离，形成动压油膜。
提高螺纹连接强度的措施有：1. 改善螺纹牙间的载荷分配;2. 减小螺栓的应力幅3. 采用合理的制造工艺（冷镦，液压，冷作硬化）4. 避免附加弯曲应力5. 减小应力集中的影响6. 氰化氮化，喷丸等表面硬化处理改善螺纹牙间的载荷分配，避免附加弯曲应力是针对静强度，其余是疲劳强度当螺纹公称直径，牙型角，螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能好螺纹联接的主要类型有1. 螺栓联接，常用语被联接件不太厚和周边有足够装配空间的场合2. 双头螺栓联接，用于常装拆或结构上受限制不能采用螺栓联接的场合3. 螺钉联接，用于不经常装拆联接的场合4. 紧定螺钉联接，多用于轴和轴上零件的联结，可传递不大的力和转矩对于普通螺栓组联接，当被联接件受横向工作载荷作用时，其螺栓本身主要受拉应力。
带传动中的两种滑动弹性滑动：带传动中，拉力差使带的弹性型变量变动，而引起带与带轮之间的相对滑动，称为弹性滑动。
使带传动比不精确，且使带与带轮之间产生磨损；打滑：当外界传递功率过大，所需有效拉力大于极限有效拉力时，带与带轮之间的显著滑动。
使带传动失效，但起过载保护作用。
零件的失效形式
造成接触面金属损耗。
表面疲劳磨损：两接触表面在交变接触压应力的作用下，
材料表面因疲劳而产生物质损失。
腐蚀磨损：零件表面在摩擦的过程中，表面金属与周围介
质发生化学或电化学反应，因而出现的物质损失。
一、零件的失效形式
2、零件的变形失效
（1）变形失效的概念
一、零件的失效形式
4、零件的腐蚀失效
4.2腐蚀失效的类型
常见的腐蚀失效形式有：点蚀、 缝隙腐蚀、应力腐蚀、 腐蚀疲劳、晶间腐蚀、均匀腐蚀、磨损腐蚀、氢脆等。
机械设备在外力载荷作用下机械设备的变形量不断增加， 经过弹性变形阶段和塑性变形阶段后，发生的形状和尺寸的 变化而出现裂纹、裂纹扩展直至失效。
一、零件的失效形式
2、零件的变形失效
（2）工程上常见的变形失效形式有：
1、弹性变形失效：机械设备在外力作用下将发生弹性变 形，如果弹性变形过量。会使零部件失去有效 T作能力。引 起弹性变形失效的原因，主要是零部件的刚度不足。因此， 要预防弹性变形失效，应选用弹性模量大的材料。
机械设备维修工程学
机械零件的失效
1零件的失效形式
在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因，丧 失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失 效时，就意味着设备处于故障状态。机械零件失效的模式，即失效的外在表 现形式，主要表现为磨损、疲劳断裂、变形和锈蚀等。 磨损一种常发生于传动齿轮的齿面（如变速箱、换向箱、车轴齿轮箱里 的齿轮）、发动机凸轮轴、滑动轴承、滚动轴承中 ，离合器摩擦片、轮对的 磨损。 疲劳断裂过程一般都存在于受交变负荷的零件中。常见于各种联接螺栓、 减震弹簧、车体走行各部的焊接部件（比如转向架上的制动吊耳）等零件， 也会发生在齿轮的轮齿、传动轴等重要零件中。 变形主要是发生在各类构件中，比如收轨作业车的插盒、保护边框，会 在装卸钢轨作业中发生撞击变形失效。 锈蚀常发生在车体表面，制动系统的各部风管及接头 。
机械零件的失效形式
1.机械零件的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件表面破坏（腐蚀、磨损和接触疲劳）、破坏正常工作条件引起的失效2.设计零件应满足的要求：避免在预定寿命期内失效的要求（强度、刚度、寿命）、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求3.零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则4.零件的设计方法：理论设计、经验设计、模型试验设计5.机械零件常用的材料：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料6.零件的强度分为：静应力强度和变应力强度7.应力比r=-1为对称循环应力；r=0为脉动循环应力8.BC阶段为应变疲劳（低周疲劳）；CD为有限寿命疲劳阶段；D点以后的线段代表了试件无限寿命疲劳阶段；D点为持久疲劳极限9.提高零件疲劳强度的措施：尽可能降低零件上应力集中的影响（减载槽、开环槽）、选用疲劳强度高的材料和规定能提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺10.滑动摩擦：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦及混合摩擦11.零件的磨损过程：磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段；应该力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来12.磨损的分类：粘附磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、微动磨损13.润滑剂分为：气体、液体、固体和半固体四种；润滑脂分为：钙基润滑脂、纳基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂14.普通连接螺纹牙型为等边三角形，自锁性较好；矩形传动螺纹的传动效率比其他螺纹高；梯形传动螺纹是最常用的传动螺纹15.常用的连接螺纹要求自锁性，故多用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故多用双线或三线螺纹16.普通螺栓连接（被连接件上开有通孔或铰制孔）、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接17.螺纹连接预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或相对滑移。
螺纹连接放松的根本问题：防止螺旋副在受载时发生相对转动。
（摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系防松）18.提高螺纹连接强度的措施：降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（减少螺栓刚度或增大被连接件刚度）、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象、减小应力集中的影响、采用合理的制造工艺19.键连接类型：平键连接（两侧面是工作面）、半圆键连接、锲键连接、切向键连接20.带传动分为：摩擦型和啮合型21.带的瞬间最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处；带一周，应力变化四次22.V带传动的张紧：定期张紧装置、自动张紧装置、采用张紧轮的张紧装置23.滚子链的链节数一般为偶数（链轮的齿数取奇数），滚子链为奇数时采用过度链节24.链传动张紧的目的：避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条振动现象，同时为了增加链条与链轮的啮合包角25.齿轮的失效形式：轮齿折断、齿面磨损（开式齿轮）、齿面点蚀（闭式齿轮）、齿面胶合、塑性变形（从动轮出现脊棱、主动轮出现沟槽）26.齿轮工作面的硬度大于350HBS或38HRS的称为硬面齿；反之为软齿面齿轮27.提高制造精度，减小齿轮直径以降低圆周速度，均可减小动载荷；为了减小动载荷，可将齿轮进行齿顶修缘；将齿轮的轮齿做成鼓形是为了改善齿向载荷分布28.Tanr=z1:q（直径系数）导程角越大，效率越高，自锁性越差29.对蜗轮进行变位，变位后蜗轮的分度圆和节园仍旧重合，只是蜗杆的节线有所改变不再与其分度圆重合30.蜗杆传动的失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损；失效经常发生在蜗轮上31.闭式蜗杆传动的功率损耗：啮合磨损损耗、轴承磨损损耗、进入油池中的零件搅油时的溅油损耗32.蜗杆传动必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的散热量条件进行热平衡计算措施：加装散热片以及增大散热面积、在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流动、在传动箱内装循环冷却管路33.形成液体动力润滑的条件：相对滑动的两表面必须形成收敛的锲形间隙；被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动必须使润滑油由大口流进小口流出；润滑油必须有一定的粘度，供油要充分34.滚动轴承的基本结构：内圈、外圈、液动体、保持架35. 3圆锥滚子轴承、5推力球轴承、6深沟球轴承、7角接触轴承、N圆柱滚子轴承00、01、02、03分别d=10mm、12mm、15mm、17mm 04表示d=20mm，12表示d=60mm 36.基本额定寿命：一组轴承中百分之十的轴承发生点蚀破坏，而百分之九十的不发生点蚀破坏的转速或工作小时数作为轴承的寿命37.基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷38.轴承配置方法：双支点各单向固定、一支点双向固定另一端支点游动、两端游动支承39.轴承按载荷分：转轴（弯矩和扭矩）、心轴（弯矩）、传动轴（扭矩）。
机械零件的失效形式
1.机械零件的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件表面破坏（腐蚀、磨损和接触疲劳）、破坏正常工作条件引起的失效2.设计零件应满足的要求：避免在预定寿命期内失效的要求（强度、刚度、寿命）、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求3.零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则4.零件的设计方法：理论设计、经验设计、模型试验设计5.机械零件常用的材料：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料6.零件的强度分为：静应力强度和变应力强度7.应力比r=-1为对称循环应力；r=0为脉动循环应力8.BC阶段为应变疲劳（低周疲劳）；CD为有限寿命疲劳阶段；D点以后的线段代表了试件无限寿命疲劳阶段；D点为持久疲劳极限9.提高零件疲劳强度的措施：尽可能降低零件上应力集中的影响（减载槽、开环槽）、选用疲劳强度高的材料和规定能提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺10.滑动摩擦：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦及混合摩擦11.零件的磨损过程：磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段；应该力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来12.磨损的分类：粘附磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、微动磨损13.润滑剂分为：气体、液体、固体和半固体四种；润滑脂分为：钙基润滑脂、纳基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂14.普通连接螺纹牙型为等边三角形，自锁性较好；矩形传动螺纹的传动效率比其他螺纹高；梯形传动螺纹是最常用的传动螺纹15.常用的连接螺纹要求自锁性，故多用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故多用双线或三线螺纹16.普通螺栓连接（被连接件上开有通孔或铰制孔）、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接17.螺纹连接预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或相对滑移。
螺纹连接放松的根本问题：防止螺旋副在受载时发生相对转动。
（摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系防松）18.提高螺纹连接强度的措施：降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（减少螺栓刚度或增大被连接件刚度）、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象、减小应力集中的影响、采用合理的制造工艺19.键连接类型：平键连接（两侧面是工作面）、半圆键连接、锲键连接、切向键连接20.带传动分为：摩擦型和啮合型21.带的瞬间最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处；带一周，应力变化四次22.V带传动的张紧：定期张紧装置、自动张紧装置、采用张紧轮的张紧装置23.滚子链的链节数一般为偶数（链轮的齿数取奇数），滚子链为奇数时采用过度链节24.链传动张紧的目的：避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条振动现象，同时为了增加链条与链轮的啮合包角25.齿轮的失效形式：轮齿折断、齿面磨损（开式齿轮）、齿面点蚀（闭式齿轮）、齿面胶合、塑性变形（从动轮出现脊棱、主动轮出现沟槽）26.齿轮工作面的硬度大于350HBS或38HRS的称为硬面齿；反之为软齿面齿轮27.提高制造精度，减小齿轮直径以降低圆周速度，均可减小动载荷；为了减小动载荷，可将齿轮进行齿顶修缘；将齿轮的轮齿做成鼓形是为了改善齿向载荷分布28.Tanr=z1:q（直径系数）导程角越大，效率越高，自锁性越差29.对蜗轮进行变位，变位后蜗轮的分度圆和节园仍旧重合，只是蜗杆的节线有所改变不再与其分度圆重合30.蜗杆传动的失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损；失效经常发生在蜗轮上31.闭式蜗杆传动的功率损耗：啮合磨损损耗、轴承磨损损耗、进入油池中的零件搅油时的溅油损耗32.蜗杆传动必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的散热量条件进行热平衡计算措施：加装散热片以及增大散热面积、在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流动、在传动箱内装循环冷却管路33.形成液体动力润滑的条件：相对滑动的两表面必须形成收敛的锲形间隙；被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动必须使润滑油由大口流进小口流出；润滑油必须有一定的粘度，供油要充分34.滚动轴承的基本结构：内圈、外圈、液动体、保持架35. 3圆锥滚子轴承、5推力球轴承、6深沟球轴承、7角接触轴承、N圆柱滚子轴承00、01、02、03分别d=10mm、12mm、15mm、17mm 04表示d=20mm，12表示d=60mm 36.基本额定寿命：一组轴承中百分之十的轴承发生点蚀破坏，而百分之九十的不发生点蚀破坏的转速或工作小时数作为轴承的寿命37.基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷38.轴承配置方法：双支点各单向固定、一支点双向固定另一端支点游动、两端游动支承39.轴承按载荷分：转轴（弯矩和扭矩）、心轴（弯矩）、传动轴（扭矩）。
机械零件失效形式及简要分析
I断裂脆性断裂是一种构件未经明显的变形而发生的断裂，当零件在外载荷作用下，由于某一危险截面上的应力超过零件的抗拉强度时将会发生脆性断裂，发生脆性断裂时，零件几乎没有发生过塑性变形。
如杆件脆断时没有明显的伸长或弯曲，更无缩颈，容器破裂时没有直径的增大及壁厚的减薄。
图1. 脆性断裂实例分析：传统力学把材料看成是没有缺陷的、没有裂纹的、均匀的和连续的理想固体，但是，实际工程材料在制备、加工（冶炼、铸造、锻造、焊接、热处理、冷加工等）及使用中（疲劳、冲击、环境温度等）都会产生各种缺陷（白点、气孔、渣、未焊透、热裂、冷裂、缺口等）。
如上图所示的齿轮，由于其内部的缺陷和裂纹会在零件使用过程中产生应力集中，该处所受拉应力为平均应力的数倍。
过分集中的拉应力如果超过该齿轮材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。
图2. 韧性断裂实例分析：韧性断裂又称延性断裂。
断裂前发生过明显的塑性变形的断裂，是塑性变形的终结。
消耗较高能量,以金属撕裂为特征的一种断裂，是与脆性断裂相对应的一种断裂模式。
物体受力时其最危险截面或区域,从弹性变形逐渐转入塑性变形状态,这时截面的某一邻域内力学参量的某一组合达到临界点,断裂口附近出现明显的宏观塑性变形, 微观断口表面呈韧窝状。
图3. 疲劳断裂实例分析：零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象就叫作疲劳断裂。
一开始，疲劳微裂纹在零件应力最高强度最低的基体上产生，之后裂纹会稳定扩展，但扩展速度较低，最后，当裂纹尺寸足够大结构有效受力截面小到不足以承受所加载荷时，零件即发生断裂，如图所示。
II磨损磨擦副表面的材料微粒，由于机械力与化学腐蚀的作用而脱离母体，使零件尺寸和表面状态改变，最终导致功能丧失，称为磨损失效。
磨损是机械的重要失效形式，它包括复杂的化学过程和物理过程，其主要形式有：粘着磨损（材料从一个磨擦表面移到另一个表面）、磨料磨损（硬磨料在摩擦表面犁出沟槽或道痕，使材料从零件表面脱落）、腐蚀磨损（化学腐蚀参与作用下的磨料磨损）和疲劳磨损（接触应力作用使材料表面疲劳剥落）等。
机械零件失效形式及诊断
主要内容
1、失效形式分类及诊断 2、机械零件失效原因概述
2.1 失效分类及诊断
(1)失效形式：失效的表现形式，也可称为失效的 类型，失效模式。
外部表现与内在本质的联系是失效分析的基础。 而多因素本质产生的众多表现是分类的前提。
外部 表现
决定 反映
Байду номын сангаас
内在 本质
失
物理作用
效
设计时工作条件考虑不周（如过载或者冲击、 动载荷）。
案例1:容器碟形封头的设计，按国家标准GB 150规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求 过渡区尺寸r／Di≥0.06％，运行中多次出现事 故,后修订为按r／Di≥0.10％进行结构设计， 则减少过渡区失效的发生。
案例2:某酒精厂蒸煮锅上封头采用a=80o的无 折边锥形封头，在0.5 MPa的工作压力下操作 发生爆炸引起事故。后国家标准修正规定无折 边锥形封头使用范围半锥角α≤30o。
案例3：某厂引进的大型再沸器，结构为卧式U 形管束换热器，由于管束上方汽液通道截面过 小，形成汽液流速过高，造成管束冲刷腐蚀失 效。
（二）材料缺陷以及材料选择不当与零件失效 1、材料冶炼过程质量缺陷 夹杂物、气孔、疏松、白点、残余缩孔、成分偏 析 2、构件轧制过程中的缺陷 表面粗糙、产生划痕折叠
3、锻造工艺中的缺陷：过热、裂纹
Sn、Zn-钢、Pb-钢、K-不锈 金属腐蚀、合金中的Ni、Cr元素
钢
在液体Pb中选择性溶解
中子辐射，紫外线照射
造成材料脆化，造成高分子材料 老化
磨料：矿石、煤、岩石（润 磨粒磨损，腐蚀磨损综合作用 滑剂）、泥浆、水溶液
案例：某工厂生产的继电器，春天放进仓库贮 存，到秋天就发现大批继电器的弹簧片发生沿 晶界断裂，经失效分析，判定是氨引起的应力 腐蚀开裂。但仓库里从来没有存放过能释放氨 气的化学物质。
机械零件的主要失效形式
失效：在规定的工作条件下不能正常的工作叫做失效。
失效形式有：
断裂：占总失效的5％
零件在（拉、压、弯、扭）付载荷作用下，σ> σB（材料的强度极限）就可能发生断裂。
疲劳断裂过载
例如：
齿轮
传动
（轮
齿断
裂）
东风
４牵
动齿
轮断
裂
东风
型垂
直齿
轮断
裂
螺栓
断裂
车辆
切轴
过大的残余变形
在付载荷的作用下σ> σS则产生残余变形。
例如：
重载轮齿面齿轮传动，齿面塑性变形
轮齿面在冲击载荷下倒牙。
零件的表面破坏：占74％
磨损表面物质的转移或丧失
表面磨损：牵引齿轮
轮承磨损：拖拉机25％
轮滚钢轨
接触疲劳：在接触变应力长期作用下
齿面点蚀轴承点蚀
腐蚀：在有害介质中
柴油机缸套生锈
正常工作条件破坏引起的失效
动压滑动轴承：缺油、轴承油膜破坏
带传动：过载打滑
高速回转零件：共振
一般：每一种零件在不同的工作条件下有不同的失效形式。
主要失效形式：磨损疲劳（点蚀、断裂）腐蚀
讲失效是为了防止失效，可以从材料、热处理工艺、结构润滑等方面采取措施防止失效。
机器零件的失效形式及设计准则
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 在交变应力作用下，即使工作应力没有超过强度极 限，也会由于长时间工作而发生折断，这种折断称 为疲劳断裂，是承受交变应力的机械零件的主要失 齿轮轴疲劳 效形式则。 设计准则
• 2)变形 • 机械零件受载荷后会发生弹性变形，当零件承受的载荷过 大或刚度不足时，会使零件的尺寸和形状超过许用值，零 件不能正常工作。如车床主轴的变形过大，会影响加工零 件的精度。产生此种失效的原因为刚度不够。 • • • • • • •
• 对于同一机械零件可以依据一个准则，也可以同时兼顾几 个准则。具体设计时应按构件的实际使用工况和要求确定 设计准则。
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 一、机械零件常见的失效形式 机械零件丧失规定的功能成为失效。机械设计 的最主要目标之一是使设计的零件在规定期限内不 发生失效。 机械零件常见的失效形式有以下几种。
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 1)断裂 • 断裂是指由于零件截面上的应力超过其极限应 力产生的失效。 • •
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
静载荷冲击力
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 2)强度准则 • 强度指机械零件抵抗破坏的能力。强度准则就是机械零 件的工作应力不超过材料的许用应力，是大多数机械零 件的设计依据。本书将着重讨论机械零件的强度设计问 题。
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
一、机械零件常见的失效形式
一、机械零件常见的失效形式
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
• 二.机械零件设计准则 • 根据零件失效的原因，可建立起相应的零件设计准则。 • • • • • • • • • • •
1.3 机器零件的失效形式及设计准则
机械零件的失效分析
如机床主轴、大型立式车床横梁、镗 床镗杆，机床导轨等。为了保证加工精度，要 求立式车床横梁因刀架重力产生的弹性变形要 小。若横梁刚度不够，则会造成车削的工件端 面中间凸的平面度误差，外圆有锥度。
接触疲劳磨损是零件表面在接触压应力的长期不断 反复作用下引起的一种表面疲劳剥落破坏现象。表现为在 接触表面上出现许多针状或痘状的凹坑称麻点。如长期工 作的齿轮的齿表面产生大量麻点后其啮合情况恶化，引起 噪声增大，振动增加，甚至齿根折断。
1.1 机械零件常见的失效形式
高温下工作零件的失效
对于许多在高温下工作的零件，只考虑室温下的 力学性能是不够的，因为高温下材料的强度随温度升高和 加载时间的延长而降低。
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
韧性断裂1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
脆性断裂
脆性断裂实物
河流花样
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
疲劳断裂
疲劳断裂实物
疲劳断裂显微形貌
1.1 机械零件常见的失效形式
断裂失效
断裂是最危险的一种失效形式，在 机械零件设计时，认真考虑如何防止断裂 事故发生是非常重要的。
1.2 机械零件失效的原因
•零件选材
选材错误或不合理会造成成批 零件报废，另外，材料的杂质、组织 状态对零件性能有显著的影响，因此 选材时应充分考虑并做认真检查。
1.2 机械零件失效的原因
•零件加工与装配
因零件的冷热加工或热处理不当 而产生的质量缺陷，也会构成引发零件 失效的危险源。机器装配或安装过程中， 由于装配不良，对中性较差等问题，使 机器在运转时产生附加应力及振动，就 会使零件过早失去应有功能。
第八章 机械零件的失效与强化
（2）双相合金中的第二相强化 ）
当两相的体积和尺寸相 差不大，结构、成分、性能相差较大时， 差不大，结构、成分、性能相差较大时，欲使第二相起强化作 应使第二相成片层状，最好是粒状分布。 用，应使第二相成片层状，最好是粒状分布。
5. 相变强化
相变强化主要是指马氏体强化（ 上贝氏体强化），它是钢 相变强化主要是指马氏体强化（及上贝氏体强化），它是钢 马氏体强化 ）， 铁材料强化的重要途径。 铁材料强化的重要途径。相变强化不是一种独立的强化方 它是固溶强化、沉淀强化、形变强化、 式，它是固溶强化、沉淀强化、形变强化、细晶强化等多种 强化效果的综合， 强化效果的综合，是钢铁材料最经济而又最重要的一种强化 途径。 途径。
2. 调整化Βιβλιοθήκη 成分一方面调整钢的化学成分可直接影响其韧性；另一方面， 一方面调整钢的化学成分可直接影响其韧性；另一方面，可改变 热处理后的组织，而达到强韧化的目的。 热处理后的组织，而达到强韧化的目的。
3. 形变热处理
是将形变强化和相变强化结合的强韧化方法。机理是： 是将形变强化和相变强化结合的强韧化方法。机理是：奥氏体形 形变强化 结合的强韧化方法 变使位错密度增加，一方面由于动态回复形成稳定的亚结构，淬 变使位错密度增加，一方面由于动态回复形成稳定的亚结构， 火后得到细小的马氏体，板条马氏体数量增加， 火后得到细小的马氏体，板条马氏体数量增加，半条内位错密度 升高，使马氏体强化；另一方面为碳化物弥散析出提供条件， 升高，使马氏体强化；另一方面为碳化物弥散析出提供条件，获 得弥散强化效果。 得弥散强化效果。
（1）溶质原子引起晶格畸变，增加位错密度 ）溶质原子引起晶格畸变， （2）溶质原子与位错的交互作用 ）
2. 冷变形强化（加工硬化） 冷变形强化（加工硬化）
工程材料与成形技术基础第十二章机械零件失效分析与表面处理
（4） 蠕变断裂失效 在高温下工作的零件，当蠕变变形量超过 一定范围时，零件内部产生裂纹而很快断裂。 环境破断失效 在负载条件下，由于环境因素（例如腐蚀介质 的影响，往往出现低应力下的延迟断裂使零件失效。
三、表面损伤失效
1.磨损失效 金属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损。 2.腐蚀失效 零件暴露于活性介质环境中并与环境介质间 发生化学和电化学作用，导致失效。 3.表面疲劳失效 相互接触的两个运动表面，在工作过程中承 受交变接触应力的作用而导致表面层材料发生 疲劳而脱落，造成零件失效.
第二节 材料的表面处理
一、表面处理的意义
二、表面处理的方法与分类:表面热处理、气 相沉积、热喷涂、堆焊、喷焊、激光处理、喷 丸、滚压、氧化处理、电镀、化学镀、热侵度、 磷化、涂装等。
三、表面预处理 一般指脱脂、除锈 热喷涂、堆焊与喷焊、气相沉积、激光 处理.
四、零件失效分析的一般方法
一般分析程序是： 1.调查研究 一是调查失效现场；二是调查 背景材料，收集原始材料和数据。 2.残骸收集和分析 目的是确定首先破坏件 及其失效源。 3.实验分析 （1） 无损检测
（2） 断口分析 断口分析分为宏观分析和微观分析两种。断 口宏观分析系指用肉眼、放大镜或低倍光学显 微镜来研究断口特征的一种方法。通过宏观分 析初步确定断裂性质，断裂源，载荷情况。 断口微观分析大多采用电子显微镜，其分辨 率和景深都高于光学显微镜，能深入观察断口 微观细节、断裂性质，便于研究裂纹形成和扩 展机理。
（3） 化学成分分析 （4） 金相分析 这种方法来分析裂纹的 走向、性质、判定材料组织、工艺状态， 检查可能导致失效的组织缺陷。 （5） 力学性能分析 (6)其它试验方法 采用试验性应力测定 方法.
机械零件的失效
(二)断裂失效
▪ 1. 断裂分类
▪ (1)按断裂性质分
▪ 韧性断裂—材料断裂之前发生明显的宏观塑性的断裂.
▪ 脆性断裂—指材料在断裂之前不发生或发生很小的宏观 可见的塑性变形的断裂.
▪ 韧性-脆性断裂——又称准脆性断裂.是一种塑性和脆性 混合的断裂. (2)按断裂路径分:
▪ 沿晶断裂 ,穿晶断裂,混晶断裂.
▪ 1、磨损失效的基本类型
▪ 粘着磨损,磨料磨损,表面疲劳磨损,冲刷磨损,腐蚀 磨损等五种基本类型.
▪ 粘着磨损（拉伤）
▪ 两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局 部粘结(固相粘着)，使材料从一个表面转移到另 一表面或撕下作为磨料留在两个表面之间，这一 现象称为粘着磨损。
磨损失效
磨料磨损 ▪ 配合表面之间在相对运动过程中，因外
▪ 引起故障的外因有三：环境因素、人为因素、时间因素
失效的基本因素
▪ 1.设计因素—确定材质，尺寸，结构，提出必要的 技术文件：图纸,说明书等.（非标设备）
▪ 2.制造因素—铸、锻、焊,机加工和热处理等达不到 设计要求而导致零件失效.
▪ 3. 装配调试因素—在安装过程中 ,未达到要求的质 量指标.
脆性断裂的宏观特征
▪ 金属构件脆性断裂,其宏观特征虽随原因不同会有 差异,但基本特征是共同的。
▪ (1)断裂处很少或没有宏观塑性变形,碎块断口可 以拼合复原。
▪ (2)断口平坦,无剪切唇,断口与应力方向垂直。 ▪ (3)断裂起源于变截面,表面缺陷和内部缺陷等应
力集中部位。 ▪ (4)断面颜色有的较光亮,有的较灰暗。光亮断口
磨损失效
▪ 相互接触的一对金属表面，相对运动时 金属表面不断发生损耗或产生塑性变形， 使金属表面状态和尺寸改变的现象称为磨 损
机械零件的失效形式有哪些？
机械设备中各种零件或构件都具有一定的功能，如传递运动、力或能量，实现规定的动作，保持一定的几何形状等等。
当机件在载荷（包括机械载荷、热载荷、腐蚀及综合载荷等）作用下丧失最初规定的功能时，即称为失效。
一个机件处于下列三种状态之一就认为是失效，这三个条件可以作为机件失效与否的判断原则：1.完全不能工作。
2.不能按确定的规范完成规定功能。
3.不能可靠和安全地继续使用。
机械零件失效的基本形式一般机械零件的失效形式是按失效件的外部形态特征来分类的，大体包括：磨损失效、断裂失效、腐蚀失效和畸变失效。
在生产实践中，最主要的失效形式是零件工作表面的磨损失效，而最危险的失效形式是瞬间出现裂纹和破断，统称为断裂失效。
1.零件的磨损失效摩擦与磨损是自然界的一种普遍现象。
当零件之间或零件与其他物质之间相互接触，并产生相对运动时，就称为摩擦。
零件的摩擦表面上出现材料耗损的现象称为零件的磨损。
材料磨损包括两个方面：一是材料组织结构的损坏，二是尺寸、形状及表面质量（粗糙度）的变化。
如果零件的磨损超过了某一限度，就会丧失其规定的功能，引起设备性能下降或不能工作，这种情形即称为磨损失效。
根据摩擦学理论，零件磨损按其性质可以分为磨料磨损、粘着磨损、微动磨损、冲蚀磨损和腐蚀磨损。
①磨料磨损：零件表面与磨料相互摩擦，而引起表层材料损失的现象称为磨料磨损或磨粒磨损。
磨料也包括对零件表面上硬的微凸体。
在磨损失效中，磨料磨损失效是最常见、危害最为严重的一种。
②粘着磨损：粘着磨损是指两个作相对滑动的表面，在局部发生相互焊合，使一个表面的材料转移到另一个表面所引起的磨损。
③疲劳磨损：当摩擦副两接触表面做相对滚动或滑动时，周期性的载荷使接触区受到很大的交变接触应力，使金属表层产生疲劳裂纹并不断扩展、引起表层材料脱落，造成点蚀和剥落，这一现象称为表面疲劳磨损。
④微动磨损：微动磨损是两固定接触面上出现相对小幅振动而造成的表面损伤，主要发生在宏观相对静止的零件结合面上。
机械零件的失效名词解释
机械零件的失效名词解释一、引言机械零件作为机械设备的重要组成部分，其失效会直接影响设备的正常运行和寿命。
本文旨在探讨机械零件失效的相关名词解释，揭示机械零件失效的本质以及与之相关的因素，为机械设备的维护和改进提供有益的参考。
二、疲劳失效疲劳失效是机械零件失效的常见形式之一。
机械零件在长期的工作循环中，由于受到交变载荷的作用，会导致零件结构内部的颗粒发生位移和摩擦，最终导致损坏和疲劳断裂。
这种失效常见于轴承、齿轮等工作环境下的零件，并且其失效往往与材料的强度、零件的设计等因素有关。
三、磨损失效磨损失效是机械零件失效的另一常见形式。
机械零件在摩擦、磨擦和碰撞等工作过程中，由于不断的物理刺激，会引起零件表面的材料流失，逐渐磨损达到失效的状态。
磨损失效对机械零件的寿命有着显著的影响，因此，在实际生产中，我们需要对零件进行适当的润滑和保养。
四、腐蚀失效腐蚀失效是机械零件失效的另一个重要方面。
机械零件在恶劣环境条件下，如酸雨、海水浸泡等，会发生化学反应，导致零件表面金属疏松、锈蚀等，最终使零件失去原有的功能。
腐蚀失效的程度取决于环境条件、材料的耐腐蚀性以及零件的设计等因素。
五、热失效热失效是指机械零件在高温环境下由于热膨胀、热疲劳等因素引起的失效。
高温环境会使得机械零件的材料结构发生变化，引起体积膨胀、内部应力增加等问题，最终导致零件失效。
因此，在应用于高温领域的机械零件设计中，需考虑材料的热性能和热膨胀系数等因素。
六、扭转和弯曲失效扭转和弯曲失效主要指的是机械零件在扭转或弯曲运动过程中，由于受到过大的力导致失效。
这种失效常见于连杆、轴等零件，其产生的原因主要包括设计强度不足、材料强度不够等问题。
因此，在设计和选择机械零件时，需要合理考虑应力分析、材料选择等因素。
七、振动失效振动失效是机械零件失效的另一重要方面。
机械设备在工作过程中会产生各种振动，长期的振动会导致零件的疲劳破坏、磨损增加等问题，最终导致失效。
机械零件失效的四种形式
①选择 合 适 的材 料 和 构 件 结 构 ， 采 用 如
Ｅ值高的材料或者增加承载面积
②准确 确 定 构 件 的工 作 载 荷 ， 确 进 行 正
应 力计 算 。
③严格 工艺 流程 ， 减少残 余应 力 等 。
２ 断 裂
断裂是 金属 构件 在应 力 作 用 下 材料 分 离 为互 不 相 连 的 两 个 或 两 个 以 上 的 部 分 的 现
期存放 不用 ， 必须 按 以下 要 求 进 行保 养 和检
查：
（） ５ 放净燃油及冷却水 （ 如加注的防锈 防 冻液 ， 则不要放） 。 （） ６ 门架降到最低位置。
（） ７ 刹住停 车制 动 。 （） 后轮 胎用楔 块 垫好 。 ８前
一
ｌ 叉车长期存放注意事项
除按《 使用维护说明书》 司机手册》 和《 中 关于“ 存放” 要求的“ 日常存放” 基础外 ， 还应 做下列保养和检查 ：
进行 后处 理工 艺 。即 表面 强 化工 艺 如感 应 热 处理 、 化学 热处 理 、 丸 等 。③ 对 于 承受 热 疲 喷
性、 单质性、 变形量小 等特点 ， 以造成 的危 所
害性不 大 。而塑性变 形 是 不 可逆 的变 形 即卸 去 外载 荷后 变形不会 消失 。这 样 的过 量 变形 就会 影 响构件 使用功 能 。
（） 季需停放 在 较高 且 干燥 的地 方 ， １雨 夏 季避免将 车辆 停 放在 软 质 地 面 上 ， 沥 青 地 如
（） ９ 即使长期不使用时， 也应每星期开动 次车辆 。开动时 ， 装上电瓶 ， 擦掉油缸活塞
杆上的防锈剂 ， 加满燃油及冷却水（ 冷却水 已 排掉）启动发动机 ， ， 使其完全预热。操作时， 应将车辆 前后开几 趟 ， 同时将 门架、 液压 系 统、 各操作件运动几次 ， 检查是否有渗漏等异 常现象 ， 使其保持 良好状态。 （０若叉车储存半 年以上不用 ， １） 则应对 车辆全面检查一次。检查各种橡胶 件、 密封
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用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由 各种计算机和控制器组成。
5.辅助系统：
完成其它辅助功能。例如润滑、显示、照明等。
轿车：
§2—2 机器设计的一般程序
产品规划 原理方案设计 结构方案设计
可行性报告 设计任务书
原理方案图
总体设计
结构设计草图
总装配图
施工设计 试制、批量生产、销售
部装图、零件图 技术文档
机器设计的一般程序
市场调
研
原理 技 术
试制
小批生
投
可行性
方案 设 计
试验
产试销
产
研究
设计
设 计 任 务 书
定
装配图、 样
出
零件图、 机
最
技术文
评
佳
件
价
方
改
案
进
考核
产
工艺
品
性收
销
集用
售
户意
见
§2—3 机器设计的基本要求
一、机器设计的基本要求
1、设计机器应满足的基本要求 a) 使用功能要求 b) 经济性要求 c）劳动保护和环境保护要求 d）寿命与可靠性要求 e）其它专用要求
靠度为Rf=R1R2…Rn
n个零件组成的并联系统，Rf=1-（1-R1）（1-R2）… （1- Rn ）
§2—6机械零件常用材料及其选择原则
一、机械零件的常用材料
1、黑色金属
铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁
铸钢——铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。 强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差
碳钢与合金钢——应用最广泛
1、强度准则
零件在载荷作用下抵抗破坏的能力 。
[ ] lim
S
lim
(
lim
)
B S
( (
B S
) )
脆性材料 塑性材料
[ ] lim
Y (Y ) 疲劳极限
2、刚度准则
St
零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 。
y [y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
3、耐磨性准则
作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力
p [ p] pv pv
4、振动和噪声准则
f p 0.85 f , f p 1.15 f
5、热平衡准则
t t
6、可靠性准则
系统、机器或零件在规定的条件下和规定的时间 内完成规定功能的能力。
第二章 机械设计总论
§2—1 机器的组成
一、机器:
机械： 机器和机构的总称
是根据某种使用要求而设计的一种人为实物组合的 执行机械运动的装置，它可以用来变换或传递能量、物料、 信息，以代替或减轻人类的劳动。
为了说明机器是怎样组成的,它又具有哪些特征？先 来看一个具体的实例：
内燃机 :
功能：可以把燃气燃烧时产生的热能转化为机械能
§2—5 机械零件的主要失效形式 和设计计算准则
一、机械零件的失效形式
失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能 失效形式：整体断裂、过量变形、表面破坏、破坏正常 工作条件引起的失效
二、机械零件的计算准则
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零 件工作能力计算依据的基本原则
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等
原动机部：
为机器运转提供动力。常用的原动机有电动机、内燃机、液压机、气动机等。
2.传动部分：
把原动机的运动和动力传递给执行机构 。如：常用的各种减速和变速装置均可作为传动机构。
3.执行部分：
它是一部机器中最接近作业工作端的机构，通过执行构件与被作业件相接触，来完 成 作 业任务。如：起重机中的起重吊运机构和挖掘机中的挖掘机构。
内燃机包含下列机构：
曲柄滑快机构 凸轮机构 齿轮机构
各部分机构协调配合工作，便能把燃气燃烧 时产生的热能转变为曲轴转动的机械能。
机器（三个特征）：
①人为的实物组合（不是天然形成的）；
②各实物单元具有确定的相对运动；
③能完成有用的机械功或转换机械能，可用来 代替或减轻人类的劳动.
二、机器的组成
一般机器包含五个组成部分：动力部分、传动部 分、执行部分、控制部分和辅助系统部分。
2、对机械零件设计的基本要求 a) 工作能力要求；b)结构工艺性要求； c）经济性要求；d） 质量小要求； e）可靠性要求。
§2—4 机械零件设计的一般步骤
1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷； 2）选择零件的类型与结构； 3）选择零件的材料； 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定 零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整； 5）零件的结构设计； 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书；
件、减震元件
4、复合材料
二、机械零件材料选用的原则
1、使用要求 2、工艺要求 3、经济性要求
§2—7 机械设计的概念、人员素质及标准化
一、机械设计的概念
机械设计是根据市场需求，对技术系统、零部件、工 艺方法等进行计划和决策的过程（或是为了机器的某些特 定功能要求而进行的创造性活动）。
二、机械设计师应当考虑的问题
1、市场需求 2、创新和优化 3、产品成本 4、可持续发展
三、机械设计人员应具有的素质
1.深厚的理论基础和广博的专业知识 2.丰富的实践经验 3.高度的责任感，严谨的工作作风 4.创造性的思维能力 5.虚心学习和不断进取
四、机械设计中的标准化
零件标准化 产品系列化 部件通用化
§2—8机械零件常规设计方法
1.理论设计
根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计，称为理论设计。
强度计算公式： σ≤σlim/S 或 1）设计计算 A≥SF/σlim
F/A≤σlim/S
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时
间内完成规定功能的概率
N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf个失效，剩下 Nt个仍继续工作，则
Rt
Nt N
NNf N
1 N f N
不可靠度（失效概率）：
Ft
Nf N
1 Rt
,
Rt Ft 1
n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 …Rn，则系统的可
2、有色金属
a) 铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性 好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近
b) 铜合金——黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。
3、非金属材料
塑料——轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作 为普通机械零件、绝缘体
陶瓷——电热性好，硬度高 橡胶——弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元