專利名稱:一種提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于工程力學(xué)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種提高機器零件或結(jié)構(gòu) 件抗疲勞性能的方法。
背景技術(shù):
材料或元件在交變應(yīng)力(隨時間作周期性改變的應(yīng)力)作用下,經(jīng)過一 段時期后,在內(nèi)部缺陷或應(yīng)力集中的部位,局部產(chǎn)生細微的裂紋,裂紋逐漸 擴展以致在應(yīng)力遠小于屈服點或強度極限的情況下,突然發(fā)生脆性斷裂,這 種現(xiàn)象稱為疲勞,例如頻繁進料、出料的周期性間歇操作。剛度是指零件在 載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度(或稱剛性)常用單位變形所 需的力或力矩來表示,剛度的大小取決于零件的幾何形狀和材料種類(即材 料的彈性模量)。零件剛度不足,受交變應(yīng)力作用時變形大,則導(dǎo)致微觀裂紋 的過早產(chǎn)生和己有微觀裂紋的迅速擴展,而且,剛度要求對于某些彈性變形 量超過一定數(shù)值后,會影響機器工作質(zhì)量的零件尤為重要,如機床的主軸、 導(dǎo)軌、絲杠等。剛度越好,機器的傳動精度和工作精度越好。
目前,提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能以下幾種方法l)選用疲勞強 度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的熱處理方法及強化工藝。2)提高 零件的表面質(zhì)量,如將處在應(yīng)力較高區(qū)域的零件表面加工得較為光潔;對于 工作在腐蝕性介質(zhì)中的零件規(guī)定適當(dāng)?shù)谋砻姹Wo等。3)盡可能地減少或消除 零件表面可能發(fā)生的初始裂紋。盡管上述方法均能提高零件的抗疲勞性能, 但是其效果還未達到最佳狀態(tài),難以進一步有效降低零件的疲勞破壞幾率。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題與缺陷,本發(fā)明的目的在于提供一種提高 機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法,該方法通過在機器零件或結(jié)構(gòu)件中嵌 入彈性模量較大的另一種或幾種材料,提高機器零件剛度,減少受力變形, 進而避免機器零件或結(jié)構(gòu)件外部表面迅速產(chǎn)生裂紋或己有裂紋的過早擴展, 最終提高其抗疲勞性能,而且,通過提高零件的剛度,提高整個機械傳動系 統(tǒng)的剛性,降低受力變形引起的誤差,最終提高機器的傳動精度和工作精度。
實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性 能的方法,是在塑韌性高的表層材料內(nèi)部嵌入彈性模量大于表層材料的內(nèi)部 材料。
通過常規(guī)方法設(shè)計的一些機械零件,經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)強度富裕較多時,在其 內(nèi)部適當(dāng)部位,根據(jù)對應(yīng)強度富裕的量和高彈性模量材料具體受力時的強度, 去掉原設(shè)計的部分材料,代之以高彈性模量材料填補,從而使零件受交變應(yīng) 力作用時降低變形,減少微觀裂紋的產(chǎn)生和己有微觀裂紋的擴展速率,最終 提高構(gòu)件或機器零件的抗疲勞性能。
所述的外部材料是金屬、合金、木材、高分子材料、復(fù)合材料或其他韌 性較好的材料的一種;內(nèi)部材料是硬質(zhì)合金、陶瓷、復(fù)合材料或其他具有高
彈性模量的材料中的一種或幾種。
所述的內(nèi)部材料位于內(nèi)外表層材料內(nèi)部所需要的任意位置。 所述的內(nèi)部材料在軸向上可以是連續(xù)的或者不連續(xù)的。 所述的外部或內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)形狀根據(jù)需要設(shè)計。
本發(fā)明提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法是通過使用彈性模量較高的材料,減少機器零件或結(jié)構(gòu)件受力變形,避免其外部表面產(chǎn)生裂紋或 已有裂紋的過早擴展,最終提高整體機器零件或結(jié)構(gòu)件的抗疲勞性能。同時 通過提高構(gòu)件或機器零件的剛度,進而提高整個系統(tǒng)的剛性,降低變形引起 的誤差,最終提高機器或構(gòu)件的傳動精度和工作精度。
圖1是本發(fā)明方法的第一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明方法的第二種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明方法的第三種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明方法的第四種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖5是本發(fā)明方法的第五種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的試驗例和具體實施例對本發(fā)明的方法做進 一步的詳細說明。
試驗例1本發(fā)明的方法提高機器零件或結(jié)構(gòu)件疲勞性能的檢測試驗
1、 試驗材料
外層材料為正火后的20鋼,芯部為硬質(zhì)合金,含Co約10%。正火后的
20鋼布氏硬度:136HBS
試樣(U^8. lmm,粗糙度#
《
2、 設(shè)備仿蘇HY型(1955年生產(chǎn))
3、 試驗方法單點試驗法
4、 試驗結(jié)果
在布氏硬度136HBS的情況下,疲勞極限o-330mpa,查表20鋼的抗拉強度約為410 mpa,試驗材料所得結(jié)果相當(dāng)于410 mpa的80%。
而一般根據(jù)碳鋼的疲勞極限經(jīng)驗公式o-!"0.43ob, 20鋼的疲勞極限
應(yīng)為o =410X0. 43=176. 3mpa。說明這種提高機器零件或結(jié)構(gòu)件疲勞強度的方
法是有效的。 實施例1
第一種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖,參見圖1,圖中1表示塑韌性較好的材料; 2表示彈性模量大的材料。 實施例2
第二種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖,參見圖2,圖中l(wèi)表示塑韌性高的禾才料; 2表示彈性模量較高且有較高塑韌性的材料;3表示彈性模量大的材料。 實施例3
第三種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖,參見圖3,圖中l(wèi)表示塑韌性高的^"料; 2表示彈性模量較高且有較高塑韌性的材料;3表示彈性模量大的材料。 實施例4
第四種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖,參見圖4,圖中1表示塑韌性較好的材料; 2表示彈性模量大的材料。 實施例5
第五種齒輪類零件的結(jié)構(gòu)示意圖,參見圖5,圖中1和3表示塑韌性較好 的材料;2表示彈性模量大的材料。
權(quán)利要求
1. 一種提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法,其特征在于該方法是在塑韌性高的表層材料內(nèi)部嵌入彈性模量大于表層材料的內(nèi)部材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法,其 特征在于所述的表層材料是金屬、合金、木材、高分子材料、復(fù)合材料或 其他塑韌性較好的材料中的一種;所述的內(nèi)部材料是硬質(zhì)合金、陶瓷、復(fù)合 材料或其他具有高彈性模量的材料中的一種或幾種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能方法,其特征在于所述的內(nèi)部材料在軸向上是連續(xù)的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法,其特 征在于所述的內(nèi)部材料在軸向上是不連續(xù)的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高機器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法,該方法是在塑韌性高的表層材料內(nèi)部適當(dāng)部位嵌入彈性模量大于表層材料的內(nèi)部材料。通過常規(guī)方法設(shè)計的一些機械零件,經(jīng)校核強度富裕較多時,在其內(nèi)部適當(dāng)部位,根據(jù)對應(yīng)強度富裕的量和高彈性模量材料具體受力時的強度,去掉原設(shè)計的部分材料,代之以高彈性模量材料填補,從而使零件剛度提高,受交變應(yīng)力作用時變形減少,降低微觀裂紋的產(chǎn)生和已有微觀裂紋的擴展速率,最終提高構(gòu)件或機器零件的抗疲勞性能。同時通過在構(gòu)件或機器零件的內(nèi)部嵌入彈性模量較大的內(nèi)部材料,提高構(gòu)件或機器零件的剛度,進而提高整個系統(tǒng)的剛性,降低變形引起的誤差,最終提高機器的傳動精度和工作精度。
文檔編號C21D1/06GK101519714SQ20091012773
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者濤 馮, 闖 馮, 馮增光, 楊有剛, 武鳴放, 王洪斌, 郭康權(quán) 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)