影響機械設備使用壽命的因素分析

張煥琴

摘要：從零件材料質量及熱處理方法、零件表面機械加工質量、零件間的配合性質、基礎零件的變形等方面，闡述了如何提高機械設備的使用壽命，對影響機械設備使用壽命的因素進行了分析。

關鍵詞：機械設備；使用壽命；因素分析

中圖分類號：U672文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.018

提高機械零件的使用壽命，可延長機械設備的使用年限。在正常的使用和按時保養的情況下，機械的使用年限只和制造及修理質量有關，制造與修理的核心是零件的使用壽命問題。機械的使用壽命與很多具體因素有關，如零件材料質量及熱處理方法，零件表面機械加工質量，零件間的配合性質，基礎零件的變形等等。具體分析如下：

1材料質量的影響

制造和修復零件都涉及零件材質選擇與熱處理的方法問題。材料質量和熱處理方法，對零件的壽命有重要影響。選擇零件材料應考慮零件承受的載荷性質、轉速、溫度、潤滑條件及制造工藝等情況。

磨損的發生和發展，是由材料的塑性變形開始的，材料的耐磨性和材料的硬度有關。碳鋼的耐磨性隨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較高的耐磨性。如果表面粗糙度高，在摩擦過程中凸起處可能脫落，形成硬質磨粒而加劇磨損。

承受沖擊載荷的零件，除要求具有較高的硬度外，還要求有較好的韌性。因硬度高的材料脆性大，所以一般承受沖擊載荷的零件都選用低碳鋼、中碳鋼與合金鋼進行表面處理（如滲碳后淬火和回火）。這樣，零件表面硬度高，心部有韌性，可以滿足承受沖擊載荷的需要。載荷的性質能影響零件的損壞形式。在靜載荷作用下的零件是工作表面磨損，而在動載荷作用下的零件是由于磨損而疲勞損壞。對承受動載荷的零件，不僅要考慮耐磨性，還應考慮疲勞強度。一般以選擇高強度的合金鋼為宜。鑄鐵的耐磨性是比較高的，在鑄鐵中加入鎳、鉻、錳、鉬及其它合金元素并進行相應的熱處理，可提高強度和耐磨性。

2機械加工質量的影響

零件表面機械加工質量是指表面粗糙度、表面幾何形狀、位置和尺寸精度，其中以表面粗糙度對零件的耐磨性影響最為顯著。

在磨合階段，零件表面粗糙的凸點互相接觸，實際接觸面積小于計算值，使接觸點的壓強和溫度都高，造成凸出部分的高速磨損。

表面粗糙度影響靜配合零件的耐久性。粗糙的表面在裝配時凸起部分產生塑性變形，并相互剪切掉凸出部分，使過盈量小于計算值，使用中容易松動。

從形成油膜的角度來分析，粗糙的表面由于不平度的存在，破壞了油膜的連續性，使潤滑條件變壞。光潔度高的表面，由于過于光滑，在工作過程中潤滑油易被擠出，也使潤滑性能降低，因此表面粗糙應適度。

3配合性質的影響

機械設備的使用壽命，與制造和修理裝配過程中的配合性質有關。各種總成和部件又是由多種配合方式組成的，所以在制造與修理裝配時，正確地選擇配合件的配合種類與配合性質是十分重要的。如果偶件間是傳動關系，必然按動配合組裝。動配合副在原設計中通過計算留一定裝配間隙，這個間隙既不能隨便放大，也不能任意縮小。動配合副的裝配間隙與磨合間隙越小，配合副的工作時間越長。磨合期的磨損與零件表面粗糙度有關。要使裝配間隙小，只有提高零件的加工精度。裝配時應采用選配法，零件在制造與修復時公差范圍要放寬，按尺寸精度分組選配，縮小裝配間隙。如發動機的活塞、缸筒和柱塞副的配合等，都是采用分組裝配的。

4材料的疲勞影響

機械設備的曲軸、齒輪和彈簧等零件是在大小不同和方向變化的載荷作用下工作的，承受著彎曲交變應力和其它交變的復雜應力，往往由于疲勞而產生裂紋，甚至折斷損壞。

疲勞裂紋的產生，不僅由于循環作用的彎曲和扭曲應力，也可能受拉、壓循環應力的影響。疲勞裂紋經常在零件表面出現，因為表面抵抗循環應力的能力差。但是經表面加工強化的零件，疲勞裂紋的發生點則出現在強化層之下。表面強化可采用滾壓、高頻淬火等方法。強化零件表面是使表面金屬組織發生變化，從而提高零件的疲勞強度。

5基礎件變形的影響

機械設備各總成的基礎件如汽缸體、變速器殼體、壓縮機殼體、電動機定子與轉子、挖掘機液壓缸缸筒等殼體零件，在使用過程中往往產生不同程度的變形，破壞了其上各零件各配合間正確的相互位置，如孔與孔間的同軸度、平行度和垂直度等。汽缸體的變形直接影響發動機的工作性能，液壓缸的外力變形會影響活塞的密封性。基礎件變形的原因：

（1）殘余內應力的影響：機體和后橋體等鑄鐵基礎件，在制造加工時均能保證配合表面間的正確位置。然而，經過一段時間后，其表面間的相互位置產生了超過公差允許范圍的形變。只有在機械加工前，對鑄鐵件進行自然時效處理和人工時效處理，消除內應力，才能防止形變。

（2）外載荷的影響：機架、發動機體和后橋體等基礎件均受各種不同大小的外力作用，包括機器工作過程中正常的傳遞力，零件安裝位置不合適所產生的裝配應力，拖拉機作業中突然遇到障礙所產生的外力，突然剎車時產生的制動力等。這些外力構成了基礎件所承受的動載荷。這種外載荷是造成基礎件個別部位變形的重要因素。

（3）溫度的影響：金屬的彈性極限隨溫度的升高而下降，所以在溫度較高的條件下工作的基礎件更易變形。發動機機體在最大外載荷與高溫的共同作用下，往往容易產生變形，從而破壞了表面的正確位置。

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