專利名稱：一種提高機(jī)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(jī)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(shí)間作周期性改變的應(yīng)力)作用下，經(jīng)過(guò)一 段時(shí)期后，在內(nèi)部缺陷或應(yīng)力集中的部位，局部產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，裂紋逐漸 擴(kuò)展以致在應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)或強(qiáng)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(jìn)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(lái)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(shí)變形大，則導(dǎo)致微觀裂紋 的過(guò)早產(chǎn)生和己有微觀裂紋的迅速擴(kuò)展，而且，剛度要求對(duì)于某些彈性變形 量超過(guò)一定數(shù)值后，會(huì)影響機(jī)器工作質(zhì)量的零件尤為重要，如機(jī)床的主軸、 導(dǎo)軌、絲杠等。剛度越好，機(jī)器的傳動(dòng)精度和工作精度越好。
目前，提高機(jī)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(qiáng) 度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法及強(qiáng)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(duì)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(hù)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(dá)到最佳狀態(tài)，難以進(jìn)一步有效降低零件的疲勞破壞幾率。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種提高 機(jī)器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法，該方法通過(guò)在機(jī)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(jī)器零件剛度，減少受力變形， 進(jìn)而避免機(jī)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(guò)早擴(kuò)展， 最終提高其抗疲勞性能，而且，通過(guò)提高零件的剛度，提高整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系 統(tǒng)的剛性，降低受力變形引起的誤差，最終提高機(jī)器的傳動(dòng)精度和工作精度。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種提高機(jī)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(guò)常規(guī)方法設(shè)計(jì)的一些機(jī)械零件，經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度富裕較多時(shí)，在其 內(nèi)部適當(dāng)部位，根據(jù)對(duì)應(yīng)強(qiáng)度富裕的量和高彈性模量材料具體受力時(shí)的強(qiáng)度， 去掉原設(shè)計(jì)的部分材料，代之以高彈性模量材料填補(bǔ)，從而使零件受交變應(yīng) 力作用時(shí)降低變形，減少微觀裂紋的產(chǎn)生和己有微觀裂紋的擴(kuò)展速率，最終 提高構(gòu)件或機(jī)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(jì)。
本發(fā)明提高機(jī)器零件或結(jié)構(gòu)件抗疲勞性能的方法是通過(guò)使用彈性模量較高的材料，減少機(jī)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(guò)早擴(kuò)展，最終提高整體機(jī)器零件或結(jié)構(gòu)件的抗疲勞性能。同時(shí) 通過(guò)提高構(gòu)件或機(jī)器零件的剛度，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的剛性，降低變形引起 的誤差，最終提高機(jī)器或構(gòu)件的傳動(dòng)精度和工作精度。


圖1是本發(fā)明方法的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明方法的第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明方法的第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明方法的第四種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖5是本發(fā)明方法的第五種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的試驗(yàn)例和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法做進(jìn) 一步的詳細(xì)說(shuō)明。
試驗(yàn)例1本發(fā)明的方法提高機(jī)器零件或結(jié)構(gòu)件疲勞性能的檢測(cè)試驗(yàn)
1、 試驗(yàn)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(yàn)方法單點(diǎn)試驗(yàn)法
4、 試驗(yàn)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(qiáng)度約為410 mpa，試驗(yàn)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(yàn)公式o-!"0.43ob， 20鋼的疲勞極限
應(yīng)為o =410X0. 43=176. 3mpa。說(shuō)明這種提高機(jī)器零件或結(jié)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方
法是有效的。 實(shí)施例1
第一種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)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(shí)施例2
第二種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)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(shí)施例3
第三種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)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(shí)施例4
第四種軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)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(shí)施例5
第五種齒輪類零件的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(kāi)了一種提高機(jī)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(guò)常規(guī)方法設(shè)計(jì)的一些機(jī)械零件，經(jīng)校核強(qiáng)度富裕較多時(shí)，在其內(nèi)部適當(dāng)部位，根據(jù)對(duì)應(yīng)強(qiáng)度富裕的量和高彈性模量材料具體受力時(shí)的強(qiáng)度，去掉原設(shè)計(jì)的部分材料，代之以高彈性模量材料填補(bǔ)，從而使零件剛度提高，受交變應(yīng)力作用時(shí)變形減少，降低微觀裂紋的產(chǎn)生和已有微觀裂紋的擴(kuò)展速率，最終提高構(gòu)件或機(jī)器零件的抗疲勞性能。同時(shí)通過(guò)在構(gòu)件或機(jī)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(jī)器零件的剛度，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的剛性，降低變形引起的誤差，最終提高機(jī)器的傳動(dòng)精度和工作精度。
文檔編號(hào)C21D1/06GK101519714SQ20091012773
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)