影响机械设备使用寿命的因素分析

张焕琴

摘要：从零件材料质量及热处理方法、零件表面机械加工质量、零件间的配合性质、基础零件的变形等方面，阐述了如何提高机械设备的使用寿命，对影响机械设备使用寿命的因素进行了分析。

关键词：机械设备；使用寿命；因素分析

中图分类号：U672文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.018

提高机械零件的使用寿命，可延长机械设备的使用年限。在正常的使用和按时保养的情况下，机械的使用年限只和制造及修理质量有关，制造与修理的核心是零件的使用寿命问题。机械的使用寿命与很多具体因素有关，如零件材料质量及热处理方法，零件表面机械加工质量，零件间的配合性质，基础零件的变形等等。具体分析如下：

1材料质量的影响

制造和修复零件都涉及零件材质选择与热处理的方法问题。材料质量和热处理方法，对零件的寿命有重要影响。选择零件材料应考虑零件承受的载荷性质、转速、温度、润滑条件及制造工艺等情况。

磨损的发生和发展，是由材料的塑性变形开始的，材料的耐磨性和材料的硬度有关。碳钢的耐磨性随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较高的耐磨性。如果表面粗糙度高，在摩擦过程中凸起处可能脱落，形成硬质磨粒而加剧磨损。

承受冲击载荷的零件，除要求具有较高的硬度外，还要求有较好的韧性。因硬度高的材料脆性大，所以一般承受冲击载荷的零件都选用低碳钢、中碳钢与合金钢进行表面处理（如渗碳后淬火和回火）。这样，零件表面硬度高，心部有韧性，可以满足承受冲击载荷的需要。载荷的性质能影响零件的损坏形式。在静载荷作用下的零件是工作表面磨损，而在动载荷作用下的零件是由于磨损而疲劳损坏。对承受动载荷的零件，不仅要考虑耐磨性，还应考虑疲劳强度。一般以选择高强度的合金钢为宜。铸铁的耐磨性是比较高的，在铸铁中加入镍、铬、锰、钼及其它合金元素并进行相应的热处理，可提高強度和耐磨性。

2机械加工质量的影响

零件表面机械加工质量是指表面粗糙度、表面几何形状、位置和尺寸精度，其中以表面粗糙度对零件的耐磨性影响最为显著。

在磨合阶段，零件表面粗糙的凸点互相接触，实际接触面积小于计算值，使接触点的压强和温度都高，造成凸出部分的高速磨损。

表面粗糙度影响静配合零件的耐久性。粗糙的表面在装配时凸起部分产生塑性变形，并相互剪切掉凸出部分，使过盈量小于计算值，使用中容易松动。

从形成油膜的角度来分析，粗糙的表面由于不平度的存在，破坏了油膜的连续性，使润滑条件变坏。光洁度高的表面，由于过于光滑，在工作过程中润滑油易被挤出，也使润滑性能降低，因此表面粗糙应适度。

3配合性质的影响

机械设备的使用寿命，与制造和修理装配过程中的配合性质有关。各种总成和部件又是由多种配合方式组成的，所以在制造与修理装配时，正确地选择配合件的配合种类与配合性质是十分重要的。如果偶件间是传动关系，必然按动配合组装。动配合副在原设计中通过计算留一定装配间隙，这个间隙既不能随便放大，也不能任意缩小。动配合副的装配间隙与磨合间隙越小，配合副的工作时间越长。磨合期的磨损与零件表面粗糙度有关。要使装配间隙小，只有提高零件的加工精度。装配时应采用选配法，零件在制造与修复时公差范围要放宽，按尺寸精度分组选配，缩小装配间隙。如发动机的活塞、缸筒和柱塞副的配合等，都是采用分组装配的。

4材料的疲劳影响

机械设备的曲轴、齿轮和弹簧等零件是在大小不同和方向变化的载荷作用下工作的，承受着弯曲交变应力和其它交变的复杂应力，往往由于疲劳而产生裂纹，甚至折断损坏。

疲劳裂纹的产生，不仅由于循环作用的弯曲和扭曲应力，也可能受拉、压循环应力的影响。疲劳裂纹经常在零件表面出现，因为表面抵抗循环应力的能力差。但是经表面加工强化的零件，疲劳裂纹的发生点则出现在强化层之下。表面强化可采用滚压、高频淬火等方法。强化零件表面是使表面金属组织发生变化，从而提高零件的疲劳强度。

5基础件变形的影响

机械设备各总成的基础件如汽缸体、变速器壳体、压缩机壳体、电动机定子与转子、挖掘机液压缸缸筒等壳体零件，在使用过程中往往产生不同程度的变形，破坏了其上各零件各配合间正确的相互位置，如孔与孔间的同轴度、平行度和垂直度等。汽缸体的变形直接影响发动机的工作性能，液压缸的外力变形会影响活塞的密封性。基础件变形的原因：

（1）残余内应力的影响：机体和后桥体等铸铁基础件，在制造加工时均能保证配合表面间的正确位置。然而，经过一段时间后，其表面间的相互位置产生了超过公差允许范围的形变。只有在机械加工前，对铸铁件进行自然时效处理和人工时效处理，消除内应力，才能防止形变。

（2）外载荷的影响：机架、发动机体和后桥体等基础件均受各种不同大小的外力作用，包括机器工作过程中正常的传递力，零件安装位置不合适所产生的装配应力，拖拉机作业中突然遇到障碍所产生的外力，突然刹车时产生的制动力等。这些外力构成了基础件所承受的动载荷。这种外载荷是造成基础件个别部位变形的重要因素。

（3）温度的影响：金属的弹性极限随温度的升高而下降，所以在温度较高的条件下工作的基础件更易变形。发动机机体在最大外载荷与高温的共同作用下，往往容易产生变形，从而破坏了表面的正确位置。

（01）endprint