提高機械零件抗疲勞強度的措施

潘劉亞 羅科 楊茂恩 陳毅鵬

摘 要：現階段，隨著社會的發展，我國的現代化建設水平的發展也突飛猛進。自第二次工業革命以后，全球在機械零件、設備生產上大幅增加，不斷推陳出新。我國進入工業化時期在全球相對較晚，在該領域還存在著許多探索空間，在機械生產過程中偶然會有小問題，但正是這些小問題讓我國在機械零件生產上格外注意，特別是我國在機械零件疲勞強度上，如若機械零件疲勞強度不高，在運輸設施上出現問題所釀成的災難將十分重大。因此，有必要對提高機械零件疲勞強度的措施展開研究。

關鍵詞：提高；機械零件；抗疲勞強度；措施

引言

機械零件因制造不達標而損壞，是導致機械運轉出現故障的主要原因。在機械運轉過程中，機械零件經過高溫、高壓等多種因素影響，發生老化、破損等等。故而在機械零件的加工過程中，就需要對機械零件本身質量把關，特別是對機械零件疲勞強度要良好把握。本文就提高機械零件疲勞強度的措施探析，提出幾條建議。

1提高機械零件疲勞強度的意義

機械零件的損壞主要是磨損、腐蝕及斷裂三種，三種情況在機械運轉過程中都有可能出現。其中磨損以及腐蝕都是長期性的情況，只要對機械定期檢查，同時對有問題零件更換就可以排除威脅；然而機械零件斷裂卻是即時性的，難以預料的突發情況，故而機械零件疲勞強度不高潛在的安全隱患非常大。在此就需要對機械零件的疲勞強度加強關注，提高機械零件疲勞強度，防止斷裂情況在機械設備運轉過程中出現。

2表面加工的影響

由于機械零件的疲勞裂紋的最大應力大多產生于材料的表層，因此材料本身的表面質量對于疲勞強度的影響顯著。目前機械零件大都為彈簧材料，在不斷的軋制、拉拔和卷制中會出現裂紋，此外，機械零件表面原本不太顯著的傷痕、斑點等也是日后加劇彈簧疲勞斷裂的潛在因素。

材料表面的光滑與粗糙是衡量疲勞強度的重要指標。越粗糙，應力集中越小，由此所引起的疲勞強度就越高。材料的粗糙度通過疲勞極限起作用。不考慮其他因素，機械零件粗糙度高，疲勞極限就低。因此，對機械材料的表面進行強壓、滾壓、磨削以及拋丸等，一能有效地增強材料表面的光滑度，提高材料的疲勞強度系數。常用的方法有兩種，表面熱處理和表面機械強化。表面熱處理即通過高頻淬火效應、氮化反映的作用下，采用滲碳、氰化等措施，提高機械構件表層材料的抗疲勞強度能力。表面機械強化通常采用對構件表面進行滾壓、噴丸等，使構件表面形成預壓應力層，以降低最容易形成疲勞裂紋的拉應力，從而提高表層強度。

3提高機械零件疲勞強度的措施

3.1 合理選材

機械零件的制造材料是決定零件疲勞強度的一個重要因素，在制作零件以前首先就要在零件選材上考慮。在考慮零件的選材上一般要注意材料的應力值、敏感性、硬度、可塑性、抗腐蝕性、抗高溫性等多個方面。在選擇上要特別注意材料本身性能，例如鐵、鋁等在我國目前環境影響下就很容易發生氧化，導致腐蝕現象發生，而合金雖然在硬度上比金屬通常要高，但有的合金反而更容易斷裂，這些種種因素都是在進行機械零件生產時候需要注意的問題。

在零件的具體選材上，要將零件的強度放在第一位，只有零件的強度足夠，才能夠選擇能夠適應不同環境的金屬。緊接著才是材料的塑性與韌性，當這三者在某一點上達到最佳效果時候，所生發出的抵抗效果就能夠達到最佳，零件本身硬度也能夠得到較好發揮。

3.2 降荷、降溫設計

通過以往的研究發現，當交變應力比較低時，機械零件的疲勞強度更高，對斷裂情況的發生有一定延緩作用。因此在實際生產中可以對零件的交變應力控制在一定范圍內，交變應力不能太低，否則零件會出現超負荷情況。這就需要制造商在零件制造時候對不同的零件做相應研究，既要保證零件不會超載，又要保證零件交變應力具有良好的疲勞強度。

除此以外，通過以往零件的研究，還發現當零件的交變應力處于較低水平，若讓該零件在機械設備中運轉一段時間再加強其交變應力，對于疲勞強度的提高也有良好幫助，制造商在這方面也可以下手。

3.3 表面冷熱處理

3.3.1 表面冷處理

表面冷處理就是在機械零件表面采用噴丸、輥壓等方法，這也是機械零件在生產過程中提高其疲勞強度的常用辦法。該方法能夠對零件的彎曲程度作調整，使得零件在一定范圍內不容易出現斷裂，能有效提高零件疲勞強度。

3.3.2 表面熱處理

表面熱處理是為了讓零件的表面形成一層薄膜，這種情況最為典型的就是鋁制品在經過高溫以后會在鋁金屬表面形成一層薄膜，導致內里的鋁不容易被氧化、并且這樣處理以后的鋁制品硬度較大，也不易再燃燒。在機械零件制造中就可以采取這樣的工藝，讓材料外表面形成一層硬度比較高的皮層，提高金屬材料特性，加強零件疲勞強度。

3.3.3 零件振動設計

零件振動設計主要包括三個方面的設計。

第一，減弱共振或防止共振設計。制造商在零件共振上必須要有良好的設計，零件共振對零件的危害非常大，嚴重時候會造成零件立即斷裂。因此，在生產零件時候就要對零件的適用范圍進行了解，從各方面考慮，對零件振動范圍合理控制，避免振動情況發生。在零件共振設計中，運輸設備的拉桿、鋼索、管道等是要有防共振處理的必須部位，這些部位出現共振所造成的情況非同小可。

第二，減少噪音造成的零件振動。零件振動對零件本身就具有一定危害，零件的老化是因為自振所造成，要減少零件因噪音影響發生的振動，就需要對零件所處范圍加以控制。有的零件本身所處區域就屬于噪音比較嚴重的區域，例如運輸設備排氣管，這種情況可以使用夾層處理，以減少振動帶來的零件損害。

第三，加強振動板件剛度。增強板件剛度主要是要讓零件因高強度振動而造成的損害減小，這一區域主要是在機械機翼以及機械支撐板上發揮作用，提高其疲勞強度。

結語：

機械零件疲勞強度是機械能夠良好運轉與保證長時間運轉的重要條件，疲勞強度的提高要從零件制造的選材、表面加工、交變應力、振動設計等方面下手，在應用過程中針對于不同的情況要有靈活的應變辦法。本文所提出的加強疲勞強度的措施為幾種常用辦法，也是比較有效的辦法，其實，在制造零件時候，只要對零件的本身加以控制和調整，就能夠使其在機械設備中發揮良好作用。

參考文獻：

[1]于海，任玉波.提高機械零件抗疲勞強度的措施[J].民營科技，2016（02）：35.

[2]王建瑋.機械零件常規疲勞強度設計方法的研究[J].現代制造技術與裝備，2016（02）：77-78.

作者簡介：

第一作者：潘劉亞（1996.5.25），男，漢族，學生，河南省周口市鹿邑縣玄武鎮潘莊村，單位：鄭州大學機械工程學院，專業：機械工程

第二作者：羅科（1996.6.9），男，漢族，學生，安徽省宿州市埇橋區大澤鄉鎮大宋村，單位：鄭州大學機械工程學院，專業：機械工程

第三作者：楊茂恩（1997.5.10）河南省舞鋼市，單位：鄭州大學機械工程學院，專業：機械工程

第四作者：陳毅鵬（1997.4.2），男，漢族，學生，河南省汝州市大峪鄉袁窯村耿下村，單位：鄭州大學機械工程學院，專業：機械工程