论文学习 | 精度退化机理分析

1 精度退化的影响因素分析

制造误差影响：零部件的制造误差主要指零部件间配合特征的形位误差，制造过程通常采用形位公差进行定量分析，包括直线度、平面度、同轴度、位置度等。

装配误差影响：装配误差分析一般需要考虑配合特征的形状误差、位置误差及接触受力变形三个影响要素。当前一般采用概率法、均值法、极值法等方法表征制造与装配误差。

2 精度退化机理分析

图1 螺纹连接松动机理

• 微切削磨粒磨损：机理为硬质颗粒划过摩擦副固体表面，造成表面材料产生磨屑引起材料流失;
• 微断裂磨粒磨损：机理为硬质颗粒在材料表面引起微裂纹萌生、扩张和断裂脱落造成材料损失；
• 挤压剥落磨粒磨损：机理为磨料在载荷作用下压入摩擦表面，将塑性材料的表面挤压出层状或鳞片状的剥落碎屑造成材料流失；
• 微疲劳磨粒磨损：机理为摩擦表面在磨料产生的循环接触应力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。

粘着磨损在外部载荷作用下，摩擦副相对滑动过程中接触面局部发生塑性变形或剪切破坏其表面层，使两金属面的原子因为键合作用而粘着。在后续滑动过程中，粘着点断裂并转移到另一金属面，造成零件表面材料损失。

图3 粘着磨损机理

表面疲劳磨损机理为循环接触应力作用下，零件表面或表层产生初始裂纹并逐步扩展，最后材料发生疲劳断裂。当表面接触压应力较小而摩擦系数较大时，摩擦副两对偶表面受到法向应力和切应力循环作用，引起表面材料塑性变形导致表面硬化，在应力集中源出现初始裂纹，裂纹持续扩展最后发生疲劳断裂，材料表面呈豆瓣状凹坑，材料呈点状脱落；当表面接触压应力较大而摩擦系数较小时，初始裂纹由表面以下萌生，材料呈片状脱落。

图4 表面疲劳磨损机理

材料在外力或温度变化作用下产生内力，同时产生弹性或塑性变形，并逐渐累积导致明显形变或断裂，其中内力通常用应力表示，形变则用应变表示。外力和温度变化分别导致材料内部产生机械应力和热应力，根据应力的大小、性质、作用部位的不同可能会导致零部件收缩、膨胀、弯曲、扭转、断裂等各类形变，导致元动作精度下降，甚至功能丧失。

3 三阶段分析方法

 在机械产品中，部件的运动由动力源经过一系列的传动件进行驱动，从动力源到部件之间形成一条完整的传动链，而传动链中各个传动件的运动则为机械产品中最基本的运动形式，即元动作。

随着刚度和强度降低，元动作单元各组成件逐渐变形各项形位误差逐渐增大，元动作运动精度降低，元动作精度保持性逐渐变差。根据形变类型及发生顺序，将精度退化过程分为以下三个阶段(图5)：

(1) 元动作单元组成件刚度逐渐下降，工作时存在弹性形变，各组成件制造及装配误差项增大，输出件运动误差逐渐增大，元动作精度下降，元动作精度保持性变差。

(2) 元动作单元组成件静强度逐渐下降，工作时存在塑性形变，各组成件制造及装配误差项增大，输出件运动误差逐渐增大，元动作精度下降，元动作精度保持性变差。

(3) 元动作单元组成件疲劳强度逐渐下降，元动作单元组成件断裂或严重变形，元动作单元输出件丧失运动功能。

如图5所示，元动作单元工作过程某组成件的精度项超差可能发生于刚度退化导致的弹性变形区、静强度退化导致的塑性变形区、疲劳强度退化导致的断裂或严重变形区。

4 小结

从制造误差和装配误差两个角度分析了精度退化的影响因素，针对典型的精度退化机理进行了分析，以元动作单元组成件的精度退化为例，介绍了三阶段分析方法：刚度退化导致的弹性变形阶段、静强度退化导致的塑性变形阶段、疲劳强度退化导致的断裂或严重变形阶段。

编辑：张勇

校核：张泽明、李正平、王畅、陈凯歌、赵栓栓

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