2.2零件失效與失效類型1.失效概念

?定義：機械零件或工程構件喪失規定功能的現象。?失效含義：①零件破損，不能正常工作。②零件尚可安全工作，但不能滿足原有功能要求。③零件不能安全工作。?失效的定量指標：額定壽命；某些指標的規定范圍（如模具沖頭磨損量）達不到定量指標，即發生早期失效。

《機械設計原理》零件失效與失效類型課件

失效導致嚴重事故:

失效導致嚴重事故:據美國1982年統計，因機械零件斷裂、腐蝕和磨損失效，每年造成的經濟損失達3400億美元，其中斷裂失效造成的損失約為1190億美元（占1/3）。據美國1982年統計，因機械零件斷裂、腐蝕和磨損失效，每年造1980年3月27日，北海的石油鉆探船AlexanderKielland號，由于連接五條立柱的水平橫梁發生腐蝕疲勞斷裂而完全傾覆，損失達幾千萬美元。1980年3月27日，北海的石油鉆探船Alexa我國，機械零部件失效率也很高，由此造成的損失也是驚人的。1979年9月7日，我國某工廠氯氣車間的液氯瓶爆炸，使10噸氯液（5.12地震期間有一化工廠氯液泄露，造成恐慌）外溢擴散，波及范圍達7.35km2，致使59人死亡，779人中毒，直接經濟損失達63萬元。我國，機械零部件失效率也很高，由此造成的損失也是驚人的。1979年12月18日，我國某地煤氣公司液化氣廠發生了一起惡性爆炸事故，一臺直徑9.2m、容積400m3的球形液化氣貯罐突然爆裂，從長13.5m、寬0.75m的裂縫噴出的液化石油氣，遇明火而爆炸燃燒，引起附近三個400m3的球罐和一個50m3的臥式貯罐以及25m以外倉庫中的5000個民用液化氣瓶先后爆炸起火。大火燃燒了19h，共燒掉液化石油氣超過700噸，燒毀機動車15輛以及罐區全部建筑，死亡33人，受傷53人，直接損失達650萬元。1979年12月18日，我國某地煤氣公司液化氣廠發生了一起惡1972年10月，一輛由齊齊哈爾開往富拉爾基的公共客車，行駛至嫩江大橋時因過小坑受到震動，前軸突然折斷，致使客車墜入江中，造成28人死亡。1972年10月，一輛由齊齊哈爾開往富拉爾基的公共客車，行駛

1979年5月30日，某發電廠2號機組在運行過程中突然發生劇烈振動和聲響，經檢查發現轉輪上10個葉片全部斷裂并脫落，葉片、葉軸碎裂成500多塊。兩臺機組修復費用為110萬元，因停機3年少發電1.2億度。1979年5月30日，某發電廠2號機組在運行過1.1.2011年7月23日20時38分，北京南開往福州的D301次動車組列車運行至甬溫線上海鐵路局管內永嘉至溫州南間K584＋300處，與前行的杭州開往福州南的D3115次動車組列車發生追尾事故。2011年7月23日20時38分，北京南開往福州的D2.2.3.3.有人擔心，此次事故的深層原因可能是近年來國內工程機械行業競爭中“大趕快上”的積弊所致，中聯重科可能要第一個品嘗到這枚行業盲目“追標”的惡果。

三一重工履帶式起重機的最大起重量3600噸；中聯重科也研制出了3200噸履帶起重機；徐工則研制出了2000噸履帶起重機。但這些數千噸噸位的履帶式起重機目前并無產品投向市場，“都只是在宣示實力。”據了解，此次斷裂的中聯QUY1000系中聯重科目前交投市場的第一臺千噸級履帶式起重機，這從一個側面證實了上述判斷。

有人擔心，此次事故的深層原因可能是近年來國內工

失效不僅會給人們帶來巨大的直接經濟損失、同時也會造成驚人的間接經濟損失。所謂間接經濟損失，主要包括：（1）由于失效迫使企業停產或減產所造成的損失（云天化的甲醛預熱器開裂，損失近億元）；（2）引起其他企業停產或減產的損失；（3）影響企業的信譽和市場競爭能力所造成的損失。失效不僅會給人們帶來巨大的直接經濟損失、同時也零件失效的模式及其失效機理零件失效的模式及其失效機理一、斷裂失效一、斷裂失效二、變形失效

1.彈性變形失效——剛度2.塑性變形失效——強度3.翹曲變形失效二、變形失效1.彈性變形失效——剛度①磨損失效②接觸疲勞失效?特征：接觸零件之間周期性壓應力或接觸應力反復作用的結果，例齒輪齒面剝落、軸承表面麻點。?措施：提高表面質量、表面強化。③腐蝕失效：量大面廣；選抗蝕材料、表面防護等。三、表面損傷失效三、表面損傷失效2.5摩擦、磨損與潤滑

摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現象；

磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉移；

潤滑是減輕摩擦和磨損所采取的措施。2.5摩擦、磨損與潤滑摩擦是相對運動的物體表面間采取潤滑是控制摩擦、減少磨損的最有效方法。

世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節省能源。機械產品的易損零件約有80%

由于磨損超過限度而報廢，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修次數和費用，又能節省制造零件及其所需材料的費用。此外，在有些場合則需增大摩擦，但同時仍應減小磨損。關于摩擦、磨損與潤滑的學科構成了摩擦學(Tribology)這一新興學科。采取潤滑是控制摩擦、減少磨損的最有效方法。世界1.

摩擦的分類內摩擦：在物質的內部發生的阻礙分子之間相對運動的現象。外摩擦：在相對運動的物體表面間發生的相互阻礙作用現象。靜摩擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動摩擦：在相對運動進行中的摩擦。滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。根據摩擦面間摩擦狀態的不同，滑動摩擦可分為4種狀態：1.摩擦的分類內摩擦：在物質的內部發生的阻礙分子之間相對1)干摩擦干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜而直接接觸的純凈材料表面間的摩擦。工程實際中并不存在干摩擦。通常是將未經人為潤滑的摩擦狀態當作干摩擦處理。干摩擦時摩擦阻力很大，磨損嚴重，應避免。干摩擦時金屬間的摩擦系數f≈0.3~1.5。1)干摩擦干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜而直接接觸的2)邊界摩擦邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質取決于邊界膜和表面的吸附性能。邊界摩擦時金屬間的摩擦系數f≈0.1~0.5。2)邊界摩擦邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，3)

流體摩擦流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質取決于流體內部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數最小，理論上不會有磨損產生，是理想的摩擦狀態。流體摩擦時的摩擦系數f≈0.001~0.01。3)流體摩擦流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質4)混合摩擦注意：邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區分，常統稱為

不完全流體摩擦。混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態時的摩擦。混合摩擦時的摩擦系數f≈0.01~0.1。4)混合摩擦注意：邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會影響機器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機器提前報廢。2.1

典型磨損過程對磨損的研究開展較晚，20世紀50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研制出各種表面分析儀器的基礎上，磨損研究才得以迅速開展。一個零件的磨損過程大致可分為三個階段，即：2.磨損磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。磨合階段新的零件在開始使用時一般處于這一階段，磨損率較高。穩定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩定且較低。劇烈磨損階段屬于零件即將報廢的階段，磨損率急劇升高。三個階段:在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩定磨損期，推遲1.粘附磨損2.2磨損的分類嚴重的粘附磨損會造成運動副咬死。為金屬摩擦副之間最普遍的一種磨損形式。減輕粘附磨損措施：合理選擇配對材料；進行表面處理；控制摩擦表面溫度；控制壓強；采用含極壓添加劑的潤滑油等。又稱膠合，摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力會發生“冷焊”，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。1.粘附磨損2.2磨損的分類嚴重的粘附磨損會造成運動2.磨粒磨損進入摩擦面間的游離硬顆粒為空氣中的塵土或磨損后從材料表面脫落下來的金屬微粒等.磨粒磨損與摩擦副材料的硬度和磨粒的硬度有關。是外部進入摩擦表面的游離硬顆粒或硬的輪廓峰尖所引起的磨損。2.磨粒磨損進入摩擦面間的游離硬顆粒為空氣中的塵土或磨3.疲勞磨損又稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復變形所產生的材料疲勞所引起的機械磨損。當滾動或滾—滑運動的高副受到反復作用的接觸應力(如滾動軸承運轉或齒輪傳動)時，如果接觸應力超過材料相應的接觸疲勞極限，就會在零件工作表面或表面下一定深度處形成疲勞裂紋，隨著裂紋的擴展與相互連接，就造成許多微粒從零件工作表面上脫落下來，致使表面上出現許多月牙形淺坑，形成疲勞磨損或疲勞點蝕。3.疲勞磨損又稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的4.腐蝕磨損當摩擦表面材料在環境的化學或電化學作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產生的磨損即為腐蝕磨損。除了以上4種磨損類型外，還有沖蝕磨損、微動磨損等。4.腐蝕磨損當摩擦表面材料在環境的化學或電化學作用下引潤滑油：應用最廣泛，它包括有機油、礦物油和合成油。潤滑劑分為：液體潤滑劑、半固體潤滑劑、固體潤滑劑和氣體

潤滑劑4種基本類型。.粘

度.粘度指數.閃點等潤滑油主要性能指標：周代(公元前1046~771)開始使用動物脂肪作車軸、輪的潤滑劑。3潤滑劑潤滑脂：潤滑脂組成：潤滑油

+

稠化劑(鈣、鈉、鋰金屬皂)。特點：其稠度大，不易流失；不必經常加油，密封簡單。潤滑油：應用最廣泛，它包括有機油、礦物油和合成油。潤滑劑分為2.2零件失效與失效類型1.失效概念

?定義：機械零件或工程構件喪失規定功能的現象。?失效含義：①零件破損，不能正常工作。②零件尚可安全工作，但不能滿足原有功能要求。③零件不能安全工作。?失效的定量指標：額定壽命；某些指標的規定范圍（如模具沖頭磨損量）達不到定量指標，即發生早期失效。

《機械設計原理》零件失效與失效類型課件

失效導致嚴重事故:

失效導致嚴重事故:據美國1982年統計，因機械零件斷裂、腐蝕和磨損失效，每年造成的經濟損失達3400億美元，其中斷裂失效造成的損失約為1190億美元（占1/3）。據美國1982年統計，因機械零件斷裂、腐蝕和磨損失效，每年造1980年3月27日，北海的石油鉆探船AlexanderKielland號，由于連接五條立柱的水平橫梁發生腐蝕疲勞斷裂而完全傾覆，損失達幾千萬美元。1980年3月27日，北海的石油鉆探船Alexa我國，機械零部件失效率也很高，由此造成的損失也是驚人的。1979年9月7日，我國某工廠氯氣車間的液氯瓶爆炸，使10噸氯液（5.12地震期間有一化工廠氯液泄露，造成恐慌）外溢擴散，波及范圍達7.35km2，致使59人死亡，779人中毒，直接經濟損失達63萬元。我國，機械零部件失效率也很高，由此造成的損失也是驚人的。1979年12月18日，我國某地煤氣公司液化氣廠發生了一起惡性爆炸事故，一臺直徑9.2m、容積400m3的球形液化氣貯罐突然爆裂，從長13.5m、寬0.75m的裂縫噴出的液化石油氣，遇明火而爆炸燃燒，引起附近三個400m3的球罐和一個50m3的臥式貯罐以及25m以外倉庫中的5000個民用液化氣瓶先后爆炸起火。大火燃燒了19h，共燒掉液化石油氣超過700噸，燒毀機動車15輛以及罐區全部建筑，死亡33人，受傷53人，直接損失達650萬元。1979年12月18日，我國某地煤氣公司液化氣廠發生了一起惡1972年10月，一輛由齊齊哈爾開往富拉爾基的公共客車，行駛至嫩江大橋時因過小坑受到震動，前軸突然折斷，致使客車墜入江中，造成28人死亡。1972年10月，一輛由齊齊哈爾開往富拉爾基的公共客車，行駛

1979年5月30日，某發電廠2號機組在運行過程中突然發生劇烈振動和聲響，經檢查發現轉輪上10個葉片全部斷裂并脫落，葉片、葉軸碎裂成500多塊。兩臺機組修復費用為110萬元，因停機3年少發電1.2億度。1979年5月30日，某發電廠2號機組在運行過1.1.2011年7月23日20時38分，北京南開往福州的D301次動車組列車運行至甬溫線上海鐵路局管內永嘉至溫州南間K584＋300處，與前行的杭州開往福州南的D3115次動車組列車發生追尾事故。2011年7月23日20時38分，北京南開往福州的D2.2.3.3.有人擔心，此次事故的深層原因可能是近年來國內工程機械行業競爭中“大趕快上”的積弊所致，中聯重科可能要第一個品嘗到這枚行業盲目“追標”的惡果。

三一重工履帶式起重機的最大起重量3600噸；中聯重科也研制出了3200噸履帶起重機；徐工則研制出了2000噸履帶起重機。但這些數千噸噸位的履帶式起重機目前并無產品投向市場，“都只是在宣示實力。”據了解，此次斷裂的中聯QUY1000系中聯重科目前交投市場的第一臺千噸級履帶式起重機，這從一個側面證實了上述判斷。

有人擔心，此次事故的深層原因可能是近年來國內工

失效不僅會給人們帶來巨大的直接經濟損失、同時也會造成驚人的間接經濟損失。所謂間接經濟損失，主要包括：（1）由于失效迫使企業停產或減產所造成的損失（云天化的甲醛預熱器開裂，損失近億元）；（2）引起其他企業停產或減產的損失；（3）影響企業的信譽和市場競爭能力所造成的損失。失效不僅會給人們帶來巨大的直接經濟損失、同時也零件失效的模式及其失效機理零件失效的模式及其失效機理一、斷裂失效一、斷裂失效二、變形失效

1.彈性變形失效——剛度2.塑性變形失效——強度3.翹曲變形失效二、變形失效1.彈性變形失效——剛度①磨損失效②接觸疲勞失效?特征：接觸零件之間周期性壓應力或接觸應力反復作用的結果，例齒輪齒面剝落、軸承表面麻點。?措施：提高表面質量、表面強化。③腐蝕失效：量大面廣；選抗蝕材料、表面防護等。三、表面損傷失效三、表面損傷失效2.5摩擦、磨損與潤滑

摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現象；

磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉移；

潤滑是減輕摩擦和磨損所采取的措施。2.5摩擦、磨損與潤滑摩擦是相對運動的物體表面間采取潤滑是控制摩擦、減少磨損的最有效方法。

世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節省能源。機械產品的易損零件約有80%

由于磨損超過限度而報廢，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修次數和費用，又能節省制造零件及其所需材料的費用。此外，在有些場合則需增大摩擦，但同時仍應減小磨損。關于摩擦、磨損與潤滑的學科構成了摩擦學(Tribology)這一新興學科。采取潤滑是控制摩擦、減少磨損的最有效方法。世界1.

摩擦的分類內摩擦：在物質的內部發生的阻礙分子之間相對運動的現象。外摩擦：在相對運動的物體表面間發生的相互阻礙作用現象。靜摩擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動摩擦：在相對運動進行中的摩擦。滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。根據摩擦面間摩擦狀態的不同，滑動摩擦可分為4種狀態：1.摩擦的分類內摩擦：在物質的內部發生的阻礙分子之間相對1)干摩擦干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜而直接接觸的純凈材料表面間的摩擦。工程實際中并不存在干摩擦。通常是將未經人為潤滑的摩擦狀態當作干摩擦處理。干摩擦時摩擦阻力很大，磨損嚴重，應避免。干摩擦時金屬間的摩擦系數f≈0.3~1.5。1)干摩擦干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜而直接接觸的2)邊界摩擦邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質取決于邊界膜和表面的吸附性能。邊界摩擦時金屬間的摩擦系數f≈0.1~0.5。2)邊界摩擦邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，3)

流體摩擦流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質取決于流體內部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數最小，理論上不會有磨損產生，是理想的摩擦狀態。流體摩擦時的摩擦系數f≈0.001~0.01。3)流體摩擦流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質4)混合摩擦注意：邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區分，常統稱為

不完全流體摩擦。混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態時的摩擦。混合摩擦時的摩擦系數f≈0.01~0.1。4)混合摩擦注意：邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會影響機器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機器提前報廢。2.1

典型磨損過程對磨損的研究開展較晚，20世紀50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研制出各種表面分析儀器的基礎上，磨損研究才得以迅速開展。一個零件的磨損過程大致可分為三個階段，即：2.磨損磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。磨合階段新的零件在開始使用時一般處于這一階段，磨損率較高。穩定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩定且較低。劇烈磨損階段屬于零件即將報廢的階段，磨損率急劇升高。三個階段:在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩定磨損期，推遲1.粘附磨損2.2磨損的分類嚴重的粘附磨損會造成運動副咬死。為金屬摩擦副之間最普遍的一種磨損形式。