第六章机器设备的寿命估算第一节磨损寿命机器设备的寿命分为自然寿命、技术寿命和经济寿命一、磨损的基本概念二、典型的磨损过程（-）正常的磨损过程： 初期磨损阶段（第I阶段） 正常磨损阶段（第n阶段） 急剧磨损阶段（第ra阶段）4（-）磨损过程及磨损方程S = So + t • tg atga,直线斜率叫磨损强度（单位时间磨损的厚度），磨损强度越大，材料耐磨性越差简化磨损方程：S = So+t -tga由于第I阶段时间很短，如忽略，得到了简化磨损方程提示】由设备磨损规律的分析可知：1 .如果设备使用合理，加强维护，可以延长设备正常使用阶段的期限，保证加工质量并提高经 济效益2 .对设备应该进行定期检查为了防止使设备遭到破坏，在进入第三阶段之前就进行修理，不 是等到发生急剧磨损后才修理3 .机器设备在第II阶段的磨损与时间或加工零件的数量成正比，因此设备的磨损可通过试验或 统计分析方法，计算出正常条件下的磨损率和使用期限三）磨损寿命1 .设备的正常寿命t是第I阶段和第n阶段时间之和T = Ati + At2 （6-4）2 .简化后T^At2= （Smax—So） /tg a3 ASmax/tga （6 — 5）式中：ASmax——最大允许磨损量。
四）磨损率磨损率是指实际磨损量和极限磨损量之比am= (S — SO) / (Smax — SO) = AS/ASmax式中：a m——磨损率；△S——实际磨损量三、剩余磨损寿命的计算Ts= (ASmax —AS) /tga第二节疲劳寿命理论及应用一、基本概念(-)应力(―)应变1 .外力作用引起的形状和尺寸的相对改变，是一个相对数2 .当外力去掉以后，物体能完全恢复到原来的状态，那么这就叫做弹性应变； 如果只能局部恢复到原来的状态，那么残留下来的那一局部变形称为塑性应变提示】与正应力对应的是线应变，与切应力对应的是角应变三)材料强度【小结】【小结】比例极 限 弹性极应力和应变、力和变形成线性关系的最大应力，用p表示保持弹性变形的最大应力，超过它就不再仅仅是弹性变形，还有塑性变形，用e限 表示屈服极 限开始出现屈服现象的应力，所谓屈服，就是负荷不再增加，但试件还在继续伸长 的这种现象屈服极限用s表示强度极 限 断裂负 荷材料拉断前的最大应力，也叫做抗拉强度，用b表示试件断裂处的负荷（四）许用应力二、疲劳及疲劳寿命【提示】根据应力循环次数分为高周疲劳和低周疲劳，在机械工程中最常见的疲劳是高周疲劳。
锅炉受到的是低周疲劳三、疲劳寿命曲线1.零件的疲劳寿命与零件的应力和应变水平有关，它们之间的关系可以用疲劳寿命曲线表示（S—N曲线）（1）种类：应力一寿命曲线（一N曲线），应变一寿命曲线（5—N曲线）2）数学表达式：o"N=C（6 —11）式中：m、C——材料常数小结1】水平起始点M对应的应力值叫做疲劳极限①疲劳极限：是可以承受无限次应力 循环而不会发生疲劳破坏的最大应力②疲劳极限比材料静强度极限要低得多小结2】对应M点的横坐标叫做循环基数，用符号N来表示，N一般是101但是对于具体的 材料、具体的循环特征，N有所不同①在NO点右边的局部，是无限寿命区，如果承受的应力小于疲劳极限，试件就可以承受无限次 应力循环而不发生疲劳破坏；②NO点左边的区域为有限寿命区，又称为条件疲劳极限，即当材料所承受的最大应力大于它的 疲劳极限时，只能承受有限次应力循环，而不能是无限次③N低于104~105时对应的有限寿命区称为低周疲劳区④在有限寿命区，应力和循环次数的关系用方程"N=C来表示提示】S—N曲线是由标准试件测试得出的，对于实际零件尺寸和外表状态与试件有差异，常存在由圆角、键槽等引起的应力集中，所以，在使用时必须引入应力集中系数K、尺寸系数£、和 外表系数B o四、循环应力的特性循环应力循环应力特点对称循环应对称循环应循环特征r等于一1；最大应力和最小应力大小相等，符号相反；平均应力等于0；应力幅等力于最大应力。
脉动循环应 力循环特征r等于0；应力幅等于平均应力，都等于二分之一最大应力；最小应力等于0静应力循环特征r等于+ 1；最大应力等于最小应力，等于平均应力；应力幅等于0小结】疲劳极限的数值不仅和材料有关，还和循环特征有关，对称循环条件下，最容易发生疲劳破坏，相应的疲劳极限值最低，脉动循环好一点，所以，对一种材料的疲劳极限通常用r表示，r这个下标代表循环特征，具体来说，对称循环时，材料的疲劳极限用1表示，而脉动循环 时，材料的疲劳极限用0表示，2）疲劳极限曲线（1） A点表示对称循环条件下的疲劳极限；（2） B点表示a接近于0时的疲劳极限；（3） C点表示脉动循环的疲劳极限提示1】曲线上各点的疲劳寿命相等，这些曲线也称等寿命曲线提示2】工程上，常将这条曲线简化为ACB折线，或者直接简化为AB折现，虽降低了计算精 确度，但更趋于平安五、疲劳极限考虑零件的应力循环特征、尺寸效应、外表状态应力集中等因素的零件疲劳极限有效应力集中系数K指在相同试验条件下，光滑试件与有应力集中的试件的疲劳极限之比（其确定方法有实验法 和计算法两种）尺寸系数£在相同情况下，尺寸为d的零件的疲劳极限与标准试件的疲劳极限之比。
面状态系数B经过某种加工的零件的疲劳极限与标准试件的疲劳极限之比外表粗糙度的值局于标准试件 时用外表强化方法，如外表热处理和外表冷加工硬化等，可使B大于1.0不对称循 环度系数指应力循环特征对疲劳极限的影响系数，、中工分别表示弯曲和扭转时的情况六、疲劳损伤积累理论当零件所受的应力高于疲劳极限时，每一次应力循环都会对零件造成一定量的损伤，这种损伤 是可以积累的；当损伤积累到临界值时，零件将发生疲劳破坏线性损伤积累理论认为，每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的，总损伤是每一次疲 劳损伤的线性累加（帕姆格伦一迈因纳定理）损伤率到达100%时，发生疲劳损坏令N为以循环数表示的疲劳寿命，上式可以改写为:七、疲劳寿命理论的应用机器设备主要失效形式是疲劳破坏一般来讲，设备的结构寿命是决定整个设备自然使用寿命 的基础，如起重机报废标准中规定：主梁报废即标志着平安使用寿命的终结，可申请整车报废在 机器设备评估中，疲劳寿命理论主要用于估算疲劳寿命和疲劳损伤第三节损伤零件寿命估算一、疲劳断裂的基本过程断裂力学理论认为：零件的缺陷在循环载荷的作用下会逐步扩大，当缺陷扩大到临界尺寸后将 发生断裂破坏这个过程被称为疲劳断裂过程。
疲劳断裂过程大致可分为四个阶段，即：1 .成核（10-3mm-10-4min,第一阶段）；2 .微观裂纹扩展（10%1m〜10Tmm,第二阶段）；3 .宏观裂纹扩展（1mm〜临界裂纹尺寸，第三阶段）4 .断裂（第四阶段）其中，第一阶段为裂纹萌生阶段，第二、第三阶段为裂纹的亚临界扩展阶段二、损伤零件疲劳寿命估算三、影响裂纹扩展的其他因素应力强度因子幅度△ K是影响裂纹扩展的主要参数除此之外，还有很多因素对裂纹的疲劳扩 展有影响，如应力循环特征、加载频率、温度、环境介质等L应力循环特征影响它对裂纹扩展速度影响比拟大5 .加载频率影响当Ak值比拟高时,裂纹扩展速度和加载频率成反比关系6 .温度影响对深埋裂纹，当温度低于蠕变温度时，温度对裂纹扩展速度无明显影响；对外表 裂纹，高温对裂纹扩展速度影响比拟大第四节机器设备的经济寿命估算设备的经济寿命（最正确更新期）估算，常用的方法有最小平均费用法、低劣化数值法和最大收益法一、最小平均费用法年均使用本钱：二、低劣化数值法机器设备随着使用年限的增长，有形磨损和无形磨损不断加剧，设备的运行维修费用相应增大, 这就是设备的低劣化现象在忽略设备剩余价值时，To= (2Ko/X ) 1/2第五节 机器设备的寿命统计(略)。