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【摘 要】 零件失效分析是机械产品维修的技术基础与前提；是维修完善产品和技术标准的科学实践依据，提高产品质量的重要保障；是可靠性工程的基础技术工作之一，对于其他机械产品研制、生产、使用也有积极作用。
【关键词】 机械零件；失效原因；预防措施
前言：
现阶段，随着我国由于汽车机械零件失效而引发的交通事故频发，因此社会各界对于汽车机械零件失效分析工作的重视程度开始不断上升。因此，需积极寻求更加有效的汽车机械零件失效分析，从而使汽车机械零件失效分析的功效能够更大程度地发挥出来。其他国家在这方面可以提供一定的实例，例如：日本在提出加强汽车机械零件失效分析工作之后，成功将每年死于交通事故的人数控制在 5000 人以下，并且继续呈现逐年下降的趋势。
1零件失效基本原因
1.1 设计原因
在进行机械设计的过程中，选择和确定合理的机械结构是机械设计的一个重要方面。不仅要求机械结构设计合理、适用、质量优良，而且还要求经济、可靠。否则，即使结构设计得很复杂，也无法实现其功能，甚至造成机械结构和零件的过早失效。
结构设计与机械零件的设计和制造过程中的加工工艺有着密切的联系。只有滿足机械运动的经济性、可靠性，才能符合设计要求，并能制造出相应合格的零件。
1.1.1 由于结构中零件布置不合理引起的失效
机械零件在结构中的位置或布置不合理，会造成载荷过于集中，不能均匀分布，使机器运行中部分零件过早失效，导致结构设计失效。如某产品的齿轮轴，由于轴上零件布置不合理，使该轴动力输入端花键部分承受过于集中的扭矩发生严重的扭转变形，最终发生轴的断裂。
由于零件相对位置不合理，使轴的弯曲变形增大造成机构失效。如某悬臂机构中，由于伸出端远离支撑点，使轴的弯曲变形较大，安装在轴头部位的斜齿轮不能正确啮合，导致传动精度降低。同时轮齿由于偏载而过早产生疲劳断裂。
1.1.2 机械连接失效
由于结构制造、安装和检修的需要，每个产品几乎都是由许多零件组成。因此，连接是各个零件组成完整产品所必不可少的。当零件之间的连接方式不当时，就会造成结构的失效。其表现形式：
（1）在螺纹连接中，由于预紧力过大，螺纹承受载荷时被拉断或在承受较大的振动载荷时，没有使用防松垫圈或仅采用普通六角螺栓，连接易产生松动，导致结构失效。
（2）在选用键连接时，由于键与零件的配合精度和安装位置不当，造成键表面损伤失效，从而导致结构失效。另外，当使用安全销连接时，由于销的尺寸过大或与零件的配合精度不高，使销不能起到过载保护的作用，导致机械结构的失效。
1.1.3 安装失效
安装质量在机械制造过程中直接影响机器的质量。安装过程中，由于结构设计不合理，例如拆卸一个零件时必须先拆下其他零件或零件无法拆卸或产生误安装都会造成结构失效。当安装轴时，轴承与机体相配，两个轴承同时装入两个配合孔，使装配非常困难，不易同时对准，甚至导致安装失败。
1.1.4 密封结构的失效
在密封形式或密封结构的选用设计中，如果材料的选择不当，密封面配合精度不高，都会导致密封结构的失效。
1.1.5 零件的工艺结构失效
零件的工艺结构主要包括铸造零件的工艺结构、热处理零件的工艺结构、机械加工的工艺结构等。零件的工艺结构设计不合理，不仅零件制造困难，费用高，质量也不容易保证。有些零件即使设计出来也无法制造，这种失效属于工艺结构设计失效。所以应认真对待。
1.1.6 零件的定位失效
将某一零件或部件的工作位置确定下来，使其满足工作性能或使用的要求，这样的结构形式称为定位机构。在定位机构的设计中，由于定位精度低，使零件无法固定或由于定位元件在反复装卸中被损坏，使零件不能保持准确的位置，导致结构失效。
如某机器轴承外圈由于没有固定，机器运转中，传动轴产生窜动，使齿轮不能正确啮合；同时由于轴的窜动，对轴承内圈产生较大的轴向力，造成轴承的失效，并且使机器运转不平稳，产生很大振动及噪声。
1.2 材质原因
（1）用材不当，所用材料机械性能达不到设计要求而导致失效。
（2）材质缺陷化学成分超差、晶粒粗大、夹杂物多、存在裂纹、气孔。
1.3 人的原因
（1）人的素质。工作马虎、责任性不强，违反操作规程。
（2）人的知识水平。安全知识缺乏、使用和操作基本知识不够。
（3）人的道德。只为赚钱，不负责任，机械产品有安全隐患。
（4）人为破坏。
2 提高结构合理性的措施
2.1 提高结构强度
提高结构强度常采用下列措施：
（1）合理布置零件，减少所受载荷。如合理布置轴上零件，减少轴所受扭矩或改进轴上零件结构，减少轴扭矩变形。
（2）避免载荷集中，使载荷均匀分布如可采用平衡或局部相互抵消的办法减小轴的载荷；或者采用载荷分担的办法减小轴的载荷。也可以改变零件的形状，提高其承载能力，如对齿轮的轮齿进行修形，改成鼓形起到载荷局部均布的作用。
（3）按等强度设计零件可充分发挥材料的效能。大部分标准件是按等强度原则设计的，等强度梁较等截面梁具有较大的弹性变形、抗冲击能力，如汽车的板弹簧等。
（4）选用合理截面，如梁截面采用工字形、丁字形。轴的截面采用圆形、空心圆形。
（5）减小应力集中，尽量避免零件连接部分的截面尺寸相差太大。采用较大过渡圆角，增加卸载结构减小或转移应力集中，这些措施有利于提高零件的疲劳强度。
2.2 提高结构刚度
在提高结构强度的措施中，某些方面也提高了刚度。另外也可以采取以下措施提高结构的刚度：
（1）当截面积相同时，中空截面比实心截面的惯性矩大，故零件的弯曲刚度和扭转刚度也大。
（2）尽量避免采用悬臂结构，必须采用时，也要尽量减小悬臂长度或采用支承增加轴的刚度。
（3）采用预紧装配，提高接触刚度。接触刚度是指接触表面层在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。采用预紧装配工艺，不仅能消除接触间隙，而且对提高接触刚度非常有利，但同时使接触面的载荷增大。
2.3 改进连接结构
为了螺纹连接能正常工作，要求螺栓连接有足够的强度，在工作中不会自动松脱。对同一机械，螺纹连接的种类、形状、尺寸等不宜选用过多。同一组的螺栓连接应完全一致。对振动较大或螺纹松脱后会引起严重后果的场合，必须注意防松装置的设计。
防松的方法要确实可靠。同时，应尽量减小螺栓受力，避免螺杆受弯曲应力，而且螺钉应布置在被连接件刚度最大的部位。
2.4 改进定位结构设计
设计时应注意使销钉定位有效，拆装方便，受力合理。销钉也可以用于传递力或转矩，如两块搭接的零件用螺钉连接时，可以用销钉作为辅助的传力装置。
对于轴毂连接，可以用轴向或径向销传递转矩。应注意，设计时，不要因为零件上有销孔而使零件强度削弱，甚至导致失效。
3 结论
只有通过提高零部件失效分析工作，才能够减少和防止机械零失效的现象反复出现，通过提高产品质量，提升产品竞争力，以为企业技术开发提供信息，提高产品质量，以获得更大的经济效益。
参考文献：
[1]刘瑞堂.材料科学与工程系列教材·机械零件失效分析[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
[2]孙智.失效分析：基础与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]廖景娱.金属构件失效分析[M].北京：化学工业出版社，2010.
[4]钟群鹏.材料失效诊断、预测和预防[M].长沙：中南大学出版社，2009
【关键词】 机械零件；失效原因；预防措施
前言：
现阶段，随着我国由于汽车机械零件失效而引发的交通事故频发，因此社会各界对于汽车机械零件失效分析工作的重视程度开始不断上升。因此，需积极寻求更加有效的汽车机械零件失效分析，从而使汽车机械零件失效分析的功效能够更大程度地发挥出来。其他国家在这方面可以提供一定的实例，例如：日本在提出加强汽车机械零件失效分析工作之后，成功将每年死于交通事故的人数控制在 5000 人以下，并且继续呈现逐年下降的趋势。
1零件失效基本原因
1.1 设计原因
在进行机械设计的过程中，选择和确定合理的机械结构是机械设计的一个重要方面。不仅要求机械结构设计合理、适用、质量优良，而且还要求经济、可靠。否则，即使结构设计得很复杂，也无法实现其功能，甚至造成机械结构和零件的过早失效。
结构设计与机械零件的设计和制造过程中的加工工艺有着密切的联系。只有滿足机械运动的经济性、可靠性，才能符合设计要求，并能制造出相应合格的零件。
1.1.1 由于结构中零件布置不合理引起的失效
机械零件在结构中的位置或布置不合理，会造成载荷过于集中，不能均匀分布，使机器运行中部分零件过早失效，导致结构设计失效。如某产品的齿轮轴，由于轴上零件布置不合理，使该轴动力输入端花键部分承受过于集中的扭矩发生严重的扭转变形，最终发生轴的断裂。
由于零件相对位置不合理，使轴的弯曲变形增大造成机构失效。如某悬臂机构中，由于伸出端远离支撑点，使轴的弯曲变形较大，安装在轴头部位的斜齿轮不能正确啮合，导致传动精度降低。同时轮齿由于偏载而过早产生疲劳断裂。
1.1.2 机械连接失效
由于结构制造、安装和检修的需要，每个产品几乎都是由许多零件组成。因此，连接是各个零件组成完整产品所必不可少的。当零件之间的连接方式不当时，就会造成结构的失效。其表现形式：
（1）在螺纹连接中，由于预紧力过大，螺纹承受载荷时被拉断或在承受较大的振动载荷时，没有使用防松垫圈或仅采用普通六角螺栓，连接易产生松动，导致结构失效。
（2）在选用键连接时，由于键与零件的配合精度和安装位置不当，造成键表面损伤失效，从而导致结构失效。另外，当使用安全销连接时，由于销的尺寸过大或与零件的配合精度不高，使销不能起到过载保护的作用，导致机械结构的失效。
1.1.3 安装失效
安装质量在机械制造过程中直接影响机器的质量。安装过程中，由于结构设计不合理，例如拆卸一个零件时必须先拆下其他零件或零件无法拆卸或产生误安装都会造成结构失效。当安装轴时，轴承与机体相配，两个轴承同时装入两个配合孔，使装配非常困难，不易同时对准，甚至导致安装失败。
1.1.4 密封结构的失效
在密封形式或密封结构的选用设计中，如果材料的选择不当，密封面配合精度不高，都会导致密封结构的失效。
1.1.5 零件的工艺结构失效
零件的工艺结构主要包括铸造零件的工艺结构、热处理零件的工艺结构、机械加工的工艺结构等。零件的工艺结构设计不合理，不仅零件制造困难，费用高，质量也不容易保证。有些零件即使设计出来也无法制造，这种失效属于工艺结构设计失效。所以应认真对待。
1.1.6 零件的定位失效
将某一零件或部件的工作位置确定下来，使其满足工作性能或使用的要求，这样的结构形式称为定位机构。在定位机构的设计中，由于定位精度低，使零件无法固定或由于定位元件在反复装卸中被损坏，使零件不能保持准确的位置，导致结构失效。
如某机器轴承外圈由于没有固定，机器运转中，传动轴产生窜动，使齿轮不能正确啮合；同时由于轴的窜动，对轴承内圈产生较大的轴向力，造成轴承的失效，并且使机器运转不平稳，产生很大振动及噪声。
1.2 材质原因
（1）用材不当，所用材料机械性能达不到设计要求而导致失效。
（2）材质缺陷化学成分超差、晶粒粗大、夹杂物多、存在裂纹、气孔。
1.3 人的原因
（1）人的素质。工作马虎、责任性不强，违反操作规程。
（2）人的知识水平。安全知识缺乏、使用和操作基本知识不够。
（3）人的道德。只为赚钱，不负责任，机械产品有安全隐患。
（4）人为破坏。
2 提高结构合理性的措施
2.1 提高结构强度
提高结构强度常采用下列措施：
（1）合理布置零件，减少所受载荷。如合理布置轴上零件，减少轴所受扭矩或改进轴上零件结构，减少轴扭矩变形。
（2）避免载荷集中，使载荷均匀分布如可采用平衡或局部相互抵消的办法减小轴的载荷；或者采用载荷分担的办法减小轴的载荷。也可以改变零件的形状，提高其承载能力，如对齿轮的轮齿进行修形，改成鼓形起到载荷局部均布的作用。
（3）按等强度设计零件可充分发挥材料的效能。大部分标准件是按等强度原则设计的，等强度梁较等截面梁具有较大的弹性变形、抗冲击能力，如汽车的板弹簧等。
（4）选用合理截面，如梁截面采用工字形、丁字形。轴的截面采用圆形、空心圆形。
（5）减小应力集中，尽量避免零件连接部分的截面尺寸相差太大。采用较大过渡圆角，增加卸载结构减小或转移应力集中，这些措施有利于提高零件的疲劳强度。
2.2 提高结构刚度
在提高结构强度的措施中，某些方面也提高了刚度。另外也可以采取以下措施提高结构的刚度：
（1）当截面积相同时，中空截面比实心截面的惯性矩大，故零件的弯曲刚度和扭转刚度也大。
（2）尽量避免采用悬臂结构，必须采用时，也要尽量减小悬臂长度或采用支承增加轴的刚度。
（3）采用预紧装配，提高接触刚度。接触刚度是指接触表面层在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。采用预紧装配工艺，不仅能消除接触间隙，而且对提高接触刚度非常有利，但同时使接触面的载荷增大。
2.3 改进连接结构
为了螺纹连接能正常工作，要求螺栓连接有足够的强度，在工作中不会自动松脱。对同一机械，螺纹连接的种类、形状、尺寸等不宜选用过多。同一组的螺栓连接应完全一致。对振动较大或螺纹松脱后会引起严重后果的场合，必须注意防松装置的设计。
防松的方法要确实可靠。同时，应尽量减小螺栓受力，避免螺杆受弯曲应力，而且螺钉应布置在被连接件刚度最大的部位。
2.4 改进定位结构设计
设计时应注意使销钉定位有效，拆装方便，受力合理。销钉也可以用于传递力或转矩，如两块搭接的零件用螺钉连接时，可以用销钉作为辅助的传力装置。
对于轴毂连接，可以用轴向或径向销传递转矩。应注意，设计时，不要因为零件上有销孔而使零件强度削弱，甚至导致失效。
3 结论
只有通过提高零部件失效分析工作，才能够减少和防止机械零失效的现象反复出现，通过提高产品质量，提升产品竞争力，以为企业技术开发提供信息，提高产品质量，以获得更大的经济效益。
参考文献：
[1]刘瑞堂.材料科学与工程系列教材·机械零件失效分析[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
[2]孙智.失效分析：基础与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]廖景娱.金属构件失效分析[M].北京：化学工业出版社，2010.
[4]钟群鹏.材料失效诊断、预测和预防[M].长沙：中南大学出版社，2009