机器设备寿命估算.docx

1、机器设备寿命估算第八章 机器设备寿命估算第一节概述一、 自然寿命：即物理寿命，是指在规定使用条件下，从开始使用到因物质损耗而报废所经过的时间。自然寿命主要受有形磨损的影响。二、 技术寿命：新技术岀现，原有设备失去使用价值。第n种无形磨损将使技术寿命缩短。三、 经济寿命：继续使用，在经济上不合理。经济寿命受有形磨损和无形磨损的共同影响。第I种无形磨损使设备的更新成本降低；第n种无形磨损也会使设备的经济寿命降低，这是因为在技术进步后，由于新的效率更高的设备的出现，继续使用原有 设备在经济上是不合理的。第二节磨损寿命一、磨损：磨损主要发生在具有相对运动的零部件之间，其后果是破坏了零部件的配合尺寸和强

2、度，当磨损量超过允许极限时，将导 致设备失效。二、典型的磨损过程（一）典型的磨损过程分为三个阶段：1.初期磨损阶段（第I阶段）：零部件表面的宏观几何形状和微观几何尺寸都发生明显变化，磨损速度很快。初期磨损阶段的磨损方程为:0AZ!简化为直线处理，磨损方程为：2.正常磨损阶段（第n阶段）：磨损情况比较稳定，磨损量随时间均匀增加，即二者成线性关系。 正常磨损阶段的磨损方程为s=疏 +（f 厶約磨损强度-3.急剧磨损阶段：磨损量急剧上升，机器设备的精度、技术性能和生产效率明显下降。 在进入急剧磨损阶段之前，应该进行修理。（二）简化磨损方程将第一阶段，即初期磨损阶段忽略不计（三）磨损寿命：设备的正常寿

3、命 T应该是第一阶段和第二阶段时间之和。简化后中场止（5 -用）隧厘=|山唤地E剩余寿命为兀 TQmk TH ）/毎口例：已知磨损强度为：0.5mm/年，且设备运行三年后，磨损率为 1/4，则总寿命为：1/ 4 年剩余寿命为：12-3=9年实际磨损量为：3X0.5=1.5mm极限磨损量为：12X0.5=6mm第三节疲劳寿命理论及应用一、基本概念（一） 应力1.内力：物体的一部分对另一部分的的机械作用。2.应力：单位面积上的内力。6 正应力，法向应力，与截面垂直T切应力，剪应力，与截面平行（二） 应变：尺寸或形状的相对改变。设杆长为在P力作用下，伸长二则线应变（三） 应力和应变的关系与P成正比与

4、成正比与横截面积F成反比E是比例常数E比列常数，E/则同样P力作用下，所以，它代表了材料在受力后抵抗变形的能力，称之为材料的弹性模量。结论：在弹性变形范围内，应变与应力成正比（虎克定律） 。（四）材料强度在低碳钢一类材料的拉伸图中，比例极限：应力与应变成线性关系的最大应力。弹性变形：外力去除后，能够全部恢复的变形。塑性变形：外力去除后，不能恢复的那一部分变形，即残留的变形 7fth IL. 4專林農申事尙窮斗为K亀ft. j对于对称循环的情况，即 r=-1时，J| HIS = J(7)疲劳强度的判据例：某机器中使用的轴，其危险截面上承受的最大弯曲应力 =80Mpa，最小弯曲应力1 .L_L.=

5、-80Mpa，该截面的尺寸系数J, - =0.84,表面质量系数3 =0.93有效应力集中系数瓷ff= 1.88，轴所使用的材料的弯曲疲劳极限 b-l=245Mpa，若规定安全系数n=2，试校核计算该 轴是否安全？答：(1)：丄-=/r=-1即该轴承受对称循环交变弯曲应力(2)考虑尺寸系数、表面状态系数以及应力集中系数后，在轴的危险截面上，r # *卅 iff泸皿=1013Mpa(3)该轴段的安全系数+謝晋训帕结论：该轴不安全。四、疲劳损伤积累当零件的应力高于疲劳极限时，每一次应力循环都会对零件造成一定量的损伤。这种损伤是可以积累的。线性疲劳损伤积累理论认为，每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相

6、互独立的，总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加。 发生疲劳损坏时，损伤率达到 100%。疲劳寿命NN= 例：某零件承受三种交变载荷 P1、P2和P3的作用。对应的应力幅为 =、1 1和，出现的频率为10%、60%和30%。对应于上述应力的疲劳循环次数分别为 萨、：和：次。试计算在上述载荷作用下达到疲劳破坏时的总循环次数。即，在上述载荷作用下达到疲劳破坏时的总循环次数为 6238次。已知：某起重机已经运行 380天 循环基数一；危险截面的应力、每日循环次数以及相应应力水平下对应的应力循环次数，均已在下表中给岀 试计算该机器的疲劳损伤率、总寿命和剩余寿命。15142IV4.15x10*39.1XLtf

7、4101J5i(r三80某起重机零件其危险截面所对应的应力和岀现次数如下序应力H作曰每天出现对应栈荷的 忌脩环袂甄序 号应力聲天出现对应的疲劳破坏二昭环次較123651.PX103123651.0X104219S38093.42X1032IPS94.15X10431352S9.3X1553135281,06X154410155P,PXL064101552,09X1(145SOS91075sn3.3SXK1Ja-3MH时金普時耳flMr一 ”tac/xi扎用耳MftVS.151 Ox KF*o.mL9iCUk 10*).42 k IO10.CV2289.1m 11k(KX KJ1Q.OJl45S

8、2.0k H!*o.ac5 S L=g= 3Kf9 一 TJ.Mx Itf那产生豪篇fll伤0.285 J.打嶄 4, 5呼.应 尢毎天 出对应的蒔 劳陂坏 环欢敌Ni亲寸西戟荷的 总作用汶数 ni对应回力水 平下的损饬 率123651.0X 1041 9X1 . 19DQD198S34 1 5 X 1043.42X 1 D30S2413135289.3X 1551 06 X 1D4.1140d101559.PX 1062 00X 1040.0021158039A 1073 3SX 10码不造咸 疲劳报估2另法：每天引起疲劳损伤的应力循环次数，合计为5+9+28+55=97 次鱼=2对应于匸

9、打二对应于- /.!；-c；，_. !对应于- -!-fl-，f “1J3对应于- 11 V，.J-r=I1$Jl1511281_ig P71.1xl(797-4l.l.5)10499i xi)-1 0719.gilO*=128898.42 次总寿命折合为128898.42/97=1328.8 天剩余寿命为1328.8-380 = 948.8 天第四节 损伤零件寿命估算零件的缺陷在循环载荷作用下会逐步扩大，当缺陷扩大到临界尺寸时，将发生断裂破坏 疲劳断裂过程分为四个阶段：成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展以及断裂。帕利斯定理K表示拉应力和裂纹尺寸对裂纹尖端附近应力的影响，称之为应力强度因子。它的大小和应力 匚成正比,和裂纹长度J的平方根成正比。例：某机器轴上存在表面裂纹，初始裂纹尺寸 ;-=3mm，与裂纹平面垂直的应力 b =300Mpa在裂纹扩展速度的半经验公式中A=Zn=4若零件裂纹尺寸| =9.38mm，并且每天出现20次应力循环，试计算该轴的剩余寿命。da占庄=dN=daA(9.38M=nn4dax（0.66x3014946/20=7473 天在上述的例题中，如果将应力降低为 200Mpa，可以计算得出N=75664 次，即寿命提高为原来的5倍。这表明，循环次数即寿命，并不与应力大小成（反）比例 影响裂纹扩展的因素：应力循环特征、加载频率和温度。附：积分公式