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1、崇德尚学崇德尚学 自强不息自强不息 崇德尚学崇德尚学 自强不息自强不息 目 录 0101 零件的失效 0202 材料的选择 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 零件的失效 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 完全破坏不能工作；虽然能工作但达不到设计的规定功能；零件损坏严重，继续工作不能保证安全性和可靠性。失效是指零件由于某种原因，导致其尺寸、形状或材科的组织与性能的变化而不能完满地完成指定的功能。表现为：失效大多是特指零件的，即未达到预期的效果或寿命，提前出现失效的过程。失效 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 （2）断裂失效：指零件因断裂而无法正常工作的失效。包括塑（韧）性
2、断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂等。（1）变形失效：指零件在使用过程中的变形量超过允许范围而造成的失效。包括弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变失效。（3）表面损伤失效：指零件在工作中因机械或化学的作用使其表面损伤而造成的失效。包括磨损失效、表面疲劳失效、腐蚀磨损失效、腐蚀失效。10.1.1失效形式 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 （1）设计因素 零件的结构形状、尺寸设计不合理易引起失效。（4）材质因素 材料选择不当、材料缺陷等容易造成所选材料的性能不能满足使用要求。（2）制造（工艺）因素 零件在加工过程中，若冷、热加工工序安排不当，工艺参数不正确及操作者失误而导致的缺陷，都有可能造成
3、零件的失效。（3）装配调试因素 零件在装配过程中不按装配工艺规程进行装配，安装。（6）人的因素 工作马虎、责任心不强，违反操作规程，缺乏安全意识，使用和操作的基本知识不够，只顾眼前的经济效益，机械产品有安全隐患，都有可能造成零件过早失效。10.1.2失效原因（5）运转维修因素 使用过程中不按产品使用说明书上的要求进行操作、维修和保养等，均可导致零件在使用中的失效。材料与建筑工程学院材料与建筑工程学院 材料的选择 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 材料的使用性能是满足零件工作要求的根本条件，包括力学性能、物理性能和化学性能，是选材应首先考虑的因素。工艺性能是指材料适应某种加工工艺的能力。
4、经济性指在满足使用性能和工艺性能的前提下，所选用材料加工成零件后总成本最低。铸造性能：铸造铝合金铸造铜合金铸铁铸钢。锻压性能：碳钢合金钢；低碳钢高碳钢；低合金钢高合金钢 焊接性能：低碳钢或低合金高强度钢焊接性能好 10.2.1材料选择的一般原则（1）使用性能原则（2）工艺性能原则（3）经济性原则 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 1.分析零件的工作条件、形状、尺寸与应力状态等，确定零件的技术条件。2.通过分析和试验，结合同类零件失效分析的结果，找出零件在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材依据。3.根据力学计算或试验，确定零件应具有的主要力学性能指标数值和物理、化学性能指
5、标，通过比较选择合适的材料。4.对若干备选材料的性能指标进行综合分析和筛选，预选出合理的材料，同时考虑材料的工艺性能要求，以保证生产。5.审核所选材料的经济性。6.进行实验室试验以检验选用材料是否达到各项性能要求，并进行小批试生产以检验材料制造过程中工艺性是否满足要求。小批试验产品质量合格后，选材方案即可确定下来。10.2.2材料选择的一般步骤 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 1.机翼和尾翼 机翼内部的梁是机翼的主要受力件，一般采用7合金、钢或钛合金。翼梁与机身的接头部分采用超高强度结构钢，如30CrMnSiNi2A。机翼蒙皮因上、下翼面的受力情况不同，分别采用抗压性能好的7合金及抗
6、拉和疲劳性能好的2合金。为了减轻重量，机翼的前后缘常采用玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）或铝蜂窝夹层（芯）结构。B787机翼大梁、桁条、蒙皮是碳纤维复合材料层板结构组成，翼肋采用传统的铝合金材料。尾翼结构材料一般采用7合金。有时歼击机选用硼或碳纤维环氧复合材料，以减轻尾部重量，提高作战性能。尾翼上的方向舵和升降舵一般采用2合金。B787机翼全部采用复合材料。B787水平尾翼由大梁和蒙皮两种结构件组成，全部是碳纤维复合材料层板结构。垂直尾翼由大梁、桁条、蒙皮和翼肋组成，也全部是碳纤维复合材料层板结构。10.2.3飞机结构材料的选择 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 10.2.3飞机结构材料的选
7、择 2.机身 机身隔框一般采用7合金，承受较大载荷的加强框采用超高强度结构钢或钛合金。很多飞机的机载雷达装在机身头部，一般采用能透过电磁波的玻璃钢做头锥。驾驶舱的座舱盖和挡风玻璃采用透明性好的聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）。B787机身隔框、桁条、蒙皮等结构件均为碳纤维复合材料层板结构。3.起落架 飞机在着陆时主起落架要在一瞬间承受几百千牛乃至几兆牛（几十吨力至几百吨力）的冲击力，因此必须采用冲击韧性好的超高强度结构钢。前起落架受力较小，通常采用普通合金钢或7合金。4.控纵面 主操纵面亦称舵面，通常,飞机具有升降舵、方向舵和副翼三个主操纵面。辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的性能。现
8、代飞机上的辅助操纵面主要包括增升装置、扰流片、减速板和调整片。该类部件受载不大，可大量采用复合材料。陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 1.齿轮类零件选材（1）分析齿轮的工作条件、失效方式及性能要求 1）工作条件分析：齿根受弯曲疲劳应力；齿面受摩擦、接触疲劳应力；轮齿受冲击载荷。2）主要失效形式：断齿、齿面磨损、接触疲劳破坏（点蚀），齿面塑性变形等。3）主要性能要求：高接触疲劳强度、高硬度、高耐磨性，高弯曲疲劳强度，适当心部强度和韧性，良好的可切削性，淬火变形小等工艺性能。另外，在变速齿轮的齿轮副中，两齿面硬度应有差别（小齿轮齿面硬度比大齿轮硬度大）。（2）齿轮类零件的选材 齿轮用材大多
9、数是钢材（锻钢或铸钢），有些低速、轻载齿轮可用铸铁，特殊情况下，还可采用有色金属及工程塑料。机床齿轮的简明加工工艺路线：下料锻造正火粗加工调质精加工表面淬火低温回火精磨 10.2.4 典型零件选材实例分析 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 2.轴类零件选材（1）分析轴的工作条件、失效方式及性能要求 1）工作条件分析：承受交变弯曲载荷，扭转载荷或拉-压载荷；相对运动表面（如轴颈、花键部位）发生摩擦与磨损；因机器开停、过载等，承受一定的冲击载荷。2）主要失效形式：疲劳断裂为多数，冲击、过载断裂为少数；相对运动表面过度磨损；极少数情况下会发生因强度不足的过量塑性变形失效和刚度不足的过量弹性变
10、形失效。3）主要性能要求：高的疲劳极限；综合力学性能好；部承受摩擦部分应具有较高的硬度和耐磨性。（2）轴类零件的选材 优质中碳或中碳合金调质钢是轴类材料的主体，35、40、45、50（45钢最常见）等碳钢；对受力较大、尺寸较大、形状复杂的重要轴，可选用综合力学性能更好的合金调质钢来制造，如40Cr、40MnVB等，对其中精度要求极高的轴要采用专用氮化钢（如38CrMoAlA）制造。少数情况下还可选用低碳钢或高碳钢来制造轴类零件。形状复杂、尺寸较大的轴，可采用铸钢来制造，如ZG230-450。10.2.4 典型零件选材实例分析 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 2.轴类零件选材（3）轴的
11、制造实例 某车床主轴（图10.1）受交变弯曲和扭转复合应力作用，载荷和转速不高，冲击载荷不大，故材料具有一般的综合机械性能即可满足要求。该主轴可选45钢。热处理技术条件为：整体调质，硬度220250HBW；内锥孔与外锥体淬火，硬度4550HRC；花键部位高频淬火，硬度4853HRC。10.2.4 典型零件选材实例分析 图10.1 C616车床主轴简图 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 2.轴类零件选材（3）轴的制造实例 加工路线为：下料锻造正火一粗加工一调质半精加工（除花键外）局部淬火、回火（锥孔及外锥体）粗磨（外圆、外锥体及锥孔）铣花键花键高频淬火、回火精磨（外圆、外锥体及锥孔）。内锥孔与外锥体用快速加热并水淬，外锥体键槽不淬硬，要注意保护。花键采用高频淬火以减少变形并达到表面淬硬的目的。由于轴较长，且锥孔与外锥体对两轴颈的同轴度要求较高，故锥部淬火应与花键淬火分开进行，以减少淬火变形。随后用粗磨纠正淬火变形，然后再进行花键的加工与淬火，其变形可用最后精磨予以消除。10.2.4 典型零件选材实例分析 陕西航空职业技术学院陕西航空职业技术学院 1.失效的形式有哪些？防止零件失效的主要措施有哪些？2.下列发动机零件在选材时应考虑哪些问题？选择哪些材料较适宜。1）活塞；2）曲轴；3）排气阀；4）气门弹簧；5）滑动轴承。思考题 崇德尚学崇德尚学 自强不息自强不息