機械零件的變形及其對策
機械零件或構(gòu)件在外力的作用下，產(chǎn)生形狀或尺寸變化的現(xiàn)象稱為變形。過量的變形是機械失效的重要類型，也是判斷韌性斷裂的明顯征兆。
例如，各類傳動軸的彎曲變形；橋式起重機主梁在變形下?lián)锨蚺で?；汽車大梁的扭曲變形；彈簧的變形等。變形量隨著時間的不斷增加，逐漸改變了產(chǎn)品的初始參數(shù)，當超過允許極限時，將喪失規(guī)定的功能。有的機械零件因變形引起結(jié)合零件出現(xiàn)附加載荷、相互關(guān)系失?；蚣铀倌p，甚至造成斷裂等災(zāi)難性后果。
根據(jù)外力去除后變形能否恢復(fù)，機械零件或構(gòu)件的變形可分為彈性變形和塑性變形兩大類。
1．彈性變形
金屬零件在作用應(yīng)力小于材料屈服強度時產(chǎn)生的變形稱為彈性變形。
彈性變形的特點是：
1)當外力去除后，零件變形消除，恢復(fù)原狀。
2)材料彈性變形時，應(yīng)變與應(yīng)力成正比，其比值稱為彈性模量，它表示材料對彈性變形的阻力。在其他條件相同時，材料的彈性模量越高，由這種材料制成的機械零件或構(gòu)件的剛度便越高，在受到外力作用時保持其固有的尺寸和形狀的能力就越強。
3)彈性變形量很小，一般不超過材料原長度的0.1％～1.0％。
在金屬零件使用過程中，若產(chǎn)生超量彈性變形(超量彈性變形是指超過設(shè)計允許的彈性變形)，則會影響零件正常工作。例如，當傳動軸工作時，超量彈性變形會引起軸上齒輪嚙合狀況惡化，影響齒輪和支承它的滾動軸承的工作壽命；機床導(dǎo)軌或主軸超量彈性變形，會引起加工精度降低甚至不能滿足加工精度。
因此，在機械設(shè)備運行中，防止超量彈性變形是十分必要的。除了正確設(shè)計外，正確使用十分重要，應(yīng)嚴防超載運行，注意運行溫度規(guī)范，防止熱變形等。
2．塑性變形
塑性變形又稱為永久變形，是指機械零件在外加載荷去除后留下來的一部分不可恢復(fù)的變形。金屬零件的塑性變形從宏觀形貌特征上看，主要有翹曲變形、體積變形和時效變形三種形式。
(1)翹曲變形 當金屬零件本身受到某種應(yīng)力(例如機械應(yīng)力、熱應(yīng)力或組織應(yīng)力等)的作用，其實際應(yīng)力值超過了金屬在該狀態(tài)下的拉伸屈服強度或壓縮屈服強度后，就會產(chǎn)生呈翹曲、橢圓或歪扭的塑性變形。因此，金屬零件產(chǎn)生翹曲變形是它自身受復(fù)雜應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。翹曲變形常見于細長軸類、薄板狀零件以及薄壁的環(huán)形和套類零件。
(2)體積變形 金屬零件在受熱與冷卻過程中，由于金相組織轉(zhuǎn)變引起比容變化，導(dǎo)致金屬零件體積脹縮的現(xiàn)象稱為體積變形。例如，鋼件淬火相變時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或下貝氏體時比容增大，體積膨脹，淬火相變后殘留奧氏體的比容減小，體積收縮。
馬氏體形成時的體積變化程度，與淬火相變時馬氏體中的含碳量有關(guān)。鋼件中含碳量越多，形成馬氏體時的比容變化越大，膨脹量也越大。此外，鋼中碳化物不均勻分布往往會增大變形程度。
(3)時效變形鋼件熱處理后產(chǎn)生不穩(wěn)定組織，由此引起的內(nèi)應(yīng)力處于不穩(wěn)定狀態(tài)；鑄件在鑄造過程中形成的鑄造內(nèi)應(yīng)力也處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在常溫下較長時間的放置或使用，不穩(wěn)定狀態(tài)的應(yīng)力會逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變，并趨于穩(wěn)定，由此伴隨產(chǎn)生的變形稱為時效變形。
塑性變形導(dǎo)致機械零件各部分尺寸和外形的變化，將引起一系列不良后果。例如，機床主軸塑性彎曲，將不能保證加工精度，導(dǎo)致廢品率增大，甚至使主軸不能工作。
零件的局部塑性變形雖然不像零件的整體塑性變形那樣引起明顯失效，但也是引起零件失效的重要形式。如鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、擋塊和銷釘?shù)?，由于靜壓力作用，通常會引起配合的一方或雙方的接觸表面擠壓(局部塑性變形)，隨著擠壓變形的增大，特別是那些能夠反向運動的零件將引起沖擊，使原配合關(guān)系破壞的過程加劇，從而導(dǎo)致機械零件失效。
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