机械设计疲劳极限指标的可靠度提高问题探讨陶根正

机械设计疲劳极限指标的可靠度提高问题探讨陶根正

陶根正季业益张程董早生

苏州工业职业技术学院

随着社会经济的发展，各项技术、设备都在不断的创新，新的理念也在不断的提出，人们越来越重视创新性的社会生产模式。机械制造社会发展必不可缺的部分，设计又是给机械制造提供新鲜血液的环节，故此，为有效推动机械制造的发展需要从机械疲劳极限指标出发落实机械的设计工作，让机械制造的核心工作重点的准确性能够得到不断的进步。

1目前机械设计的方式

随着新技术的出现，机械的设计工作在一定程度上得到了简化，已经成为维持机械设计工作开展的核心技术，机械设计工作迎来了更高的挑战，但是这些技术也给机械设计工作带来了一定的挑战，我国对机械设计精确度的要求越来越高。目前，机械设计工作中还存在着一系列的问题和结构隐患没有得到解决。这些问题和结构隐患均是现阶段机械设计工作中需要研究并总结的重点问题。据调查统计，大部分的零件对压力的承受能力需要提高，零件承压应力差容易导致零件的实效现象，进而影响机械的运作。随着社会的进步，相关技术人员应该正确认识零件的精确度对整个机械精确度的影响，对机械运作的影响，如果零件出现了问题会给机械留下重要的安全隐患。机械在长时间高强度的使用过后会引发零件因疲劳而断裂的现象，这也是目前零件制造及设计的工作中的重点研究问题。我国在开展零件设计工作的时候常常是以承受应力的变化为接触开展工作，但是有多年的实际工作中可以得到导致零件失效的原因是零件的机械疲劳能力薄弱引发的零件断裂。故此，为有效促进机械制造的可持续发展，提高机械设计工作的工作指令，工作人员需要在设计工作中围绕提高机械的抗疲劳能力完善零件的整体性和提高零件各方面的性能。零件的抗扭曲能力和抗疲劳能力之所以薄弱，是因为目前机械零件的设计流程是对现有的工作设计流程进行总结和分析，然后对设计中出现的常见问题进行研究和摸索以提高零件的性能，而不是对导致机械零件出现疲劳现象的根本原因进行深究，只是停留在表面的研究探索之上，所以零件在应力的状态中容易受到其他应力的影响作用，进而导致扭曲的情况出现。零件的抗扭曲能力和抗疲劳能力的不足给机械的使用造成了一定的影响，而且会严重缩短零件的使用寿命，如果使用者又不及时更换超过使用寿命的零件会给机械的运转留下一定隐患，严重的可能会引发安全事故的发生

2影响疲劳强度指标的微观因素

零件的质量会受到生产过程中化学成分变化的影响，所以在零件疲劳强度指标的实验中会出现同一批相同型号的材料中的质量层次不齐的情况出现。除此之外，生产过程中化学成分的变化还可能会导致材料的内部性能出现变化，给整个工作的理念中会出现一些质量上的缺陷和未知的隐患。机械零件的内部结构与相关晶体的内部浓度相关，而晶体的内部浓度会随着外界的变化而发生一定的变化，故此晶体内部浓度的工作流程和工作模式是相对灵活且丰富的，其晶界与晶粒之间的差异性是不可以被忽视的。由于金属内部构成中存在的宏观和微观缺陷，所以即使是引用相同的工艺、相同的成分和相同的热处理方式来加工零件也会让零件之间的性能有所差异，造成这种差异存在的因素不是材料、加工工艺和技术等可操控性因素之间的差异，而是零件不可抗力的差异性，这种差异在目前的机械生产过程中主要在抗疲劳的能力上面得以体现，结合多年的实践工作和调查研究显示目前我国对疲劳破坏和精力破坏做出了科学系统的总结和研究，而且对各种破坏现象进行了总结并以此为基础展开了分析和研究，经过多年的努力我国对塑性变形的能力已经可以初步控制，但是由于交变载荷的影响，疲劳裂纹仍然会集中在个别晶粒上发生。在实验的过程中，如果试件的外部存在裂口且表面较为粗糙，或者试件的内部存在着一些缺陷（例如，裂纹、气孔、缩孔、夹渣等），那么在这个地方一定会引发应力的高峰，进而会成为导致疲劳裂纹出现的"发源地"。因为疲劳破坏存在着一定的局限性，零件最弱的部分的强度或者宏观微观的缺陷引发的应力集中现象决定了整个零件的疲劳抗力。故此，可以得知材料内部微观组织的缺陷会对疲劳破坏造成巨大的影响这一结论。由此可见，疲劳极限是一个会因外界条件的变化和内部组织的变化而发生改变的参数，笔者对影响疲劳抗力的因素进行了归纳和总结，大概分为以下四类。第一类是零件自身外形造成的因素，其中包括零件的几何形状、零件的尺寸还有零件的表面状态（粗糙或者是光滑）。第二类是制造工艺造成的因素，对不同金属使用的不同的加工工艺（如，表面处理、热处理）也会对疲劳抗力带来一定的影响。第三类是使用条件不同带来的影响，在使用的过程中周围条件还有应力的类型和大小以及所使用的介质等因素都会对机械疲劳抗力造成一定的影响。第四类则是材料本身的特质，如材料化学成分的特点、组织结构的排列特点、晶粒的大小等方面的独特性都会影响疲劳抗力。目前，前三种影响因素在实际机械设计的过程中都得到了相应的研究和设计以降低前三种因素对疲劳极限指标造成的影响，但是相关人员在设计的过程中很少考虑材料本身的特质给疲劳抗力造成的影响。但是零件在实际服役的阶段由于零件材料内部存在的微观缺陷导致的疲劳断裂的事故发生次数频繁且不可忽略。相关人员如果想要根据材料特点设计出能够降低材料本身特点对疲劳抗力的影响作用的机械制作方案是要面临巨大的工作难点，因为材料内部的变化较为多变且复杂，控制难度极高，而且无法摸清楚其对疲劳抗力的具体影响。

3现有设计资料中疲劳强度指标的可靠性

从前面的讨论可知疲劳试验的数据具有较大的分散性，在实验过程中，相同的应力导致的应力循坏的周次之间变化会在几倍、十倍甚至百倍的幅度之内进行变化。从零件的使用寿命统计中可以得到即使是同一批生产的滚动轴承，它们最高的和最低的使用寿命的比值竟然达到8～40。故此，为了得到更为接近可靠的疲劳强度的指标数据，相关人员需要采用统计处理的方法来从大数据中总结和分析出自己想要获得的数据。目前，可靠性的设计方法虽然已经开始考虑疲劳设计中的统计特点，但是可靠性设计方法在目前的机械设计当中并没有得到有效的推广和应用。目前，市面上大部分设计手册中的疲劳强度指标并不具有全面性、准确性，因为这些设计手册只是提供了一个疲劳试样的牌号和热处理的状态以及单一的实验数据，这些数据的可靠性有待商榷。相关设计人员在设计的过程中如果没有准确的材料性能指标的数据来支持其设计的内容，容易出现盲目设计的情况。机械设计的质量与机械制造行业有着直接的联系，如果材料性能指标数据的准确性和可靠性得不到有效的提高会影响我国机械制造行业的可持续发展。所以相关人员需要大力推广统计处理这种获得数据的方法来确保设计资料中疲劳指标的可靠性。

4结束语

综上所述，随着我国市场经济的不断发展，机械制造行业迎来了发展的机遇，对机械制造设计行业也提出了更高的要求。影响机械制造设计质量的因素有多种，其中最主要的问题就是疲劳极限指标可靠度的提高问题，只有提高疲劳机械指标的可靠度才能够有效提高机械设计的质量，让疲劳抗力得到有效的提高。

参考文献：

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[2]刘小青.谈谈机械设计疲劳极限指标的可靠度提高问题[J].数字技术与应用,2017(12):203.

[3]王依依.浅谈机械设计疲劳极限指标的可靠度提高问题[J].机械,2016(24):10.