機(jī)械故障診斷的油樣分析技術(shù)課件

章機(jī)械故障診斷的油樣分析技術(shù)節(jié)油樣分析概述節(jié)油樣鐵譜分析技術(shù)節(jié)油樣光譜分析技術(shù)節(jié)磁塞1章機(jī)械故障診斷的油樣分析技術(shù)節(jié)油樣分析概述1第一節(jié)油樣分析概述

在機(jī)械設(shè)備中廣泛存在著兩類工作油：液壓油和潤(rùn)滑油。通過(guò)對(duì)工作油液(脂)的合理采樣，并進(jìn)行必要的分析處理后，就能取得關(guān)于該機(jī)械設(shè)備各摩擦副的磨損狀況：包括磨損部位、磨損機(jī)理以及磨損程度等方面的信息，從而對(duì)設(shè)備所處工況作出準(zhǔn)確的判斷。2第一節(jié)油樣分析概述在機(jī)械設(shè)備中廣泛存在著兩類工一、油樣分析的含義

通過(guò)油樣分析來(lái)了解機(jī)器的工作狀態(tài)已有很長(zhǎng)的歷史了。最初是通過(guò)油液的自身的理化性能如粘度、閃點(diǎn)、酸值、水份和機(jī)械雜質(zhì)等參數(shù)的變化來(lái)判斷機(jī)器的工作狀態(tài)的。這種方法為一種廣泛采用的常規(guī)分析方法。3一、油樣分析的含義3

機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中，它的磨損產(chǎn)物(磨損微粒)都要進(jìn)入潤(rùn)滑油中。研究表明，磨損微粒帶有許多有關(guān)零件磨損狀況的信息。不同磨損時(shí)期(磨合磨損期、正常磨損期、劇烈磨損期)的磨損微粒在尺寸、數(shù)量、分布等方面存在較明顯的區(qū)別；不同磨損機(jī)理(磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等)作用下產(chǎn)生的磨損微粒，在形貌、大小等方面存在較顯著的差別；不同材料制成的磨損零件，磨損微粒的化學(xué)成分也不相同。4機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中，它的磨損產(chǎn)物(磨損微粒)都455

對(duì)磨損微粒進(jìn)行尺寸、濃度、形貌、分布和成分等參數(shù)的定性與定量分析，便可在不停機(jī)、不拆卸條件下診斷出機(jī)械設(shè)備的磨損狀況(磨損部位、磨損機(jī)理、磨損程度等);預(yù)測(cè)出磨損的發(fā)展趨勢(shì)，在故障診斷領(lǐng)域它是檢測(cè)機(jī)械磨損狀況的一種十分直觀的重要手段。6對(duì)磨損微粒進(jìn)行尺寸、濃度、形貌、分6在機(jī)械故障診斷這個(gè)特定的技術(shù)領(lǐng)域中，油樣分析技術(shù)通常是指油樣的鐵譜分析技術(shù)和油樣光譜分析技術(shù)，有時(shí)也包含磁塞技術(shù)。它們的共性是都可用作鐵磁性物質(zhì)顆粒(光譜分析不僅限于鐵磁性物質(zhì))的收集和分析，但各有不同的尺寸敏感范圍，其中，光譜分析檢測(cè)磨屑的有效尺寸范圍為0.1μm到8～10μm，但對(duì)大于2μm的微粒，其檢測(cè)效率就大為降低；磁塞技術(shù)能有效地檢測(cè)出上百微米甚至毫米級(jí)的磨屑；鐵譜技術(shù)能有效地檢測(cè)從1μm到上百微米量級(jí)的微粒。7在機(jī)械故障診斷這個(gè)特定的技術(shù)領(lǐng)域中，油樣分析技術(shù)通常是指油樣88

磨損、疲勞和腐蝕是機(jī)械零件失效的三種主要形式和原因，而其中磨損失效約占80％左右。由于油樣分析方法對(duì)磨損監(jiān)測(cè)的靈敏性和有效性，因此這種方法在機(jī)械故障診斷中日益顯示其重要地位。9磨損、疲勞和腐蝕是機(jī)械零件失效的9二、油樣分析的信息含量1．信息來(lái)源通過(guò)油樣分析，我們能取得如下幾方面的信息：①磨屑的濃度和顆粒大小反映了機(jī)器磨損的嚴(yán)重程度；②磨屑的大小和形貌反映了磨屑產(chǎn)生的原因，即磨損發(fā)生的機(jī)理；③磨屑的成分反映了磨屑產(chǎn)生的部位，亦即零件磨損的部位。10二、油樣分析的信息含量102．磨屑形貌的識(shí)別(1)正?；瑒?dòng)磨損的磨屑對(duì)鋼而言，通常是厚度小于1μm的剪切混合層薄片在剝落后形成的尺寸為0.5～15μm的不規(guī)則碎片，其典型形貌如圖5－2所示。112．磨屑形貌的識(shí)別11鐵譜片12鐵譜片12(2)磨料磨損的磨屑一個(gè)摩擦表面切入另一摩擦表面形成(二體磨料磨損)，也可能由潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)、砂粒及較硬的磨屑切削較軟的摩擦表面形成(三體磨料磨損)，磨屑呈帶狀，通常寬2～5μm，長(zhǎng)約25～100μm。13(2)磨料磨損的磨屑131414(3)滾動(dòng)疲勞磨損的磨屑由滾動(dòng)疲勞后剝落形成，磨屑通常呈直徑為1～5μm的球狀，有時(shí)也有厚1～2μm、大小為20～50μm的片狀碎片。15(3)滾動(dòng)疲勞磨損的磨屑151616(4)滾動(dòng)疲勞加滑動(dòng)疲勞磨損的磨屑主要是指齒輪節(jié)圓上的材料疲勞剝落形成的不規(guī)則磨屑，通常寬厚比為4:1～10:1；當(dāng)齒輪載荷過(guò)大、速度過(guò)高時(shí)，齒面上也會(huì)出現(xiàn)凹凸不平的麻點(diǎn)和坑。17(4)滾動(dòng)疲勞加滑動(dòng)疲勞磨損的磨屑17(5)嚴(yán)重滑動(dòng)磨損的磨屑是在摩擦面的載荷過(guò)大或速度過(guò)高的情況下，由于剪切混合層不穩(wěn)定形成的；磨屑尺寸在20μm以上，厚度>2μm以上，經(jīng)常有銳利的直邊，其典型形貌如圖5-6所示。18(5)嚴(yán)重滑動(dòng)磨損的磨屑18第二節(jié)油樣鐵譜分析技術(shù)

鐵譜分析技術(shù)(Ferrography)是20世紀(jì)70年代國(guó)際摩擦學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。鐵譜技術(shù)已從最初的在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用擴(kuò)展到液壓系統(tǒng)、齒輪蝸輪傳動(dòng)箱、軸承等部件。

一、鐵譜分析與鐵譜儀

所謂鐵譜分析，就是利用鐵譜儀(Ferrograph)從潤(rùn)滑油樣(脂)試樣中，分離和檢測(cè)出磨屑和碎屑，從而分析和判斷機(jī)器運(yùn)動(dòng)副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的技術(shù)。19第二節(jié)油樣鐵譜分析技術(shù)鐵譜分析技術(shù)(Fer鐵譜儀是鐵譜分析的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)其工作方式的不同，鐵譜儀可分為直讀式鐵譜儀、分析式鐵譜儀和旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀。1．直讀式鐵譜儀(DRF－DirectReadingFerrograph)(1)結(jié)構(gòu)和工作原理直讀式鐵譜儀的結(jié)構(gòu)原理如圖5-7所示。油樣在虹吸現(xiàn)象的作用下流入沉積管，在沉積管的下部有一高強(qiáng)度、高梯度磁場(chǎng)，油樣中的鐵磁性顆粒受重力、浮力以及磁力三者的綜合作用，在隨著油樣流過(guò)沉積管的過(guò)程中，將會(huì)在沉積管內(nèi)有規(guī)律地沉積下來(lái)，其沉積規(guī)律如圖5-8所示。20鐵譜儀是鐵譜分析的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)其工作方式的不同，鐵譜儀可分212122222323(2)性能特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜(約為分析式鐵譜儀的1/4)；②制譜與讀譜合二為一，分析過(guò)程簡(jiǎn)便快捷；③目前的直讀式鐵譜儀讀數(shù)穩(wěn)定性、重復(fù)性較差，隨機(jī)因素干擾影響大；④只能提供關(guān)于磨屑體積的信息，不能提供關(guān)于磨屑形貌、磨屑來(lái)源的信息，因而信息量有限，常用作油樣的快速分析和初步診斷。24(2)性能特點(diǎn)242．分析式鐵譜儀(AnalyticalFerrograph)(1)結(jié)構(gòu)和工作原理分析式鐵譜儀一般是指包括制譜儀、光密度讀數(shù)器以及雙色顯微鏡在內(nèi)的成套測(cè)試系統(tǒng)，其中制譜儀的結(jié)構(gòu)原理如圖5－9所示。252．分析式鐵譜儀(AnalyticalFerrograp26262727磨屑在基片上排列成與流動(dòng)方向垂直的鏈狀譜，如圖5-10所示。28磨屑在基片上排列成與流動(dòng)方向垂直的鏈狀譜，如圖5-10所示。(2)性能特點(diǎn)①提供的信息較豐富②直讀式鐵譜儀只能進(jìn)行一次測(cè)量，不能將沉積管從磁場(chǎng)中取出后再放上去重新讀數(shù)；而分析式鐵譜儀制成的譜片可以保存起來(lái)，供以后觀察分析用；③制譜過(guò)程較慢，制作一個(gè)完整的譜片約需半個(gè)小時(shí)，且制譜時(shí)要求較嚴(yán)格，故一般只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。29(2)性能特點(diǎn)①提供的信息較豐富293．旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀前述的傳統(tǒng)分析式鐵譜儀存在兩個(gè)固有的缺陷：①蠕動(dòng)泵輸送油樣時(shí)對(duì)磨屑的碾壓和拋光效應(yīng)，改變了磨屑的原始形貌，從而影響了對(duì)其形貌特征識(shí)別和磨損機(jī)理的研究；②由于沉積面積有限，先行沉積的磨屑對(duì)流道的堵塞，不僅造成了磨屑的堆積，而且還破壞了磨屑在譜片上的沉積規(guī)律，從而影響了鐵譜的定量分析。303．旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀前述的傳統(tǒng)分析式鐵譜儀存在兩個(gè)固有的缺陷章機(jī)械故障診斷的油樣分析技術(shù)節(jié)油樣分析概述節(jié)油樣鐵譜分析技術(shù)節(jié)油樣光譜分析技術(shù)節(jié)磁塞31章機(jī)械故障診斷的油樣分析技術(shù)節(jié)油樣分析概述1第一節(jié)油樣分析概述

在機(jī)械設(shè)備中廣泛存在著兩類工作油：液壓油和潤(rùn)滑油。通過(guò)對(duì)工作油液(脂)的合理采樣，并進(jìn)行必要的分析處理后，就能取得關(guān)于該機(jī)械設(shè)備各摩擦副的磨損狀況：包括磨損部位、磨損機(jī)理以及磨損程度等方面的信息，從而對(duì)設(shè)備所處工況作出準(zhǔn)確的判斷。32第一節(jié)油樣分析概述在機(jī)械設(shè)備中廣泛存在著兩類工一、油樣分析的含義

通過(guò)油樣分析來(lái)了解機(jī)器的工作狀態(tài)已有很長(zhǎng)的歷史了。最初是通過(guò)油液的自身的理化性能如粘度、閃點(diǎn)、酸值、水份和機(jī)械雜質(zhì)等參數(shù)的變化來(lái)判斷機(jī)器的工作狀態(tài)的。這種方法為一種廣泛采用的常規(guī)分析方法。33一、油樣分析的含義3

機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中，它的磨損產(chǎn)物(磨損微粒)都要進(jìn)入潤(rùn)滑油中。研究表明，磨損微粒帶有許多有關(guān)零件磨損狀況的信息。不同磨損時(shí)期(磨合磨損期、正常磨損期、劇烈磨損期)的磨損微粒在尺寸、數(shù)量、分布等方面存在較明顯的區(qū)別；不同磨損機(jī)理(磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等)作用下產(chǎn)生的磨損微粒，在形貌、大小等方面存在較顯著的差別；不同材料制成的磨損零件，磨損微粒的化學(xué)成分也不相同。34機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中，它的磨損產(chǎn)物(磨損微粒)都4355

對(duì)磨損微粒進(jìn)行尺寸、濃度、形貌、分布和成分等參數(shù)的定性與定量分析，便可在不停機(jī)、不拆卸條件下診斷出機(jī)械設(shè)備的磨損狀況(磨損部位、磨損機(jī)理、磨損程度等);預(yù)測(cè)出磨損的發(fā)展趨勢(shì)，在故障診斷領(lǐng)域它是檢測(cè)機(jī)械磨損狀況的一種十分直觀的重要手段。36對(duì)磨損微粒進(jìn)行尺寸、濃度、形貌、分6在機(jī)械故障診斷這個(gè)特定的技術(shù)領(lǐng)域中，油樣分析技術(shù)通常是指油樣的鐵譜分析技術(shù)和油樣光譜分析技術(shù)，有時(shí)也包含磁塞技術(shù)。它們的共性是都可用作鐵磁性物質(zhì)顆粒(光譜分析不僅限于鐵磁性物質(zhì))的收集和分析，但各有不同的尺寸敏感范圍，其中，光譜分析檢測(cè)磨屑的有效尺寸范圍為0.1μm到8～10μm，但對(duì)大于2μm的微粒，其檢測(cè)效率就大為降低；磁塞技術(shù)能有效地檢測(cè)出上百微米甚至毫米級(jí)的磨屑；鐵譜技術(shù)能有效地檢測(cè)從1μm到上百微米量級(jí)的微粒。37在機(jī)械故障診斷這個(gè)特定的技術(shù)領(lǐng)域中，油樣分析技術(shù)通常是指油樣388

磨損、疲勞和腐蝕是機(jī)械零件失效的三種主要形式和原因，而其中磨損失效約占80％左右。由于油樣分析方法對(duì)磨損監(jiān)測(cè)的靈敏性和有效性，因此這種方法在機(jī)械故障診斷中日益顯示其重要地位。39磨損、疲勞和腐蝕是機(jī)械零件失效的9二、油樣分析的信息含量1．信息來(lái)源通過(guò)油樣分析，我們能取得如下幾方面的信息：①磨屑的濃度和顆粒大小反映了機(jī)器磨損的嚴(yán)重程度；②磨屑的大小和形貌反映了磨屑產(chǎn)生的原因，即磨損發(fā)生的機(jī)理；③磨屑的成分反映了磨屑產(chǎn)生的部位，亦即零件磨損的部位。40二、油樣分析的信息含量102．磨屑形貌的識(shí)別(1)正常滑動(dòng)磨損的磨屑對(duì)鋼而言，通常是厚度小于1μm的剪切混合層薄片在剝落后形成的尺寸為0.5～15μm的不規(guī)則碎片，其典型形貌如圖5－2所示。412．磨屑形貌的識(shí)別11鐵譜片42鐵譜片12(2)磨料磨損的磨屑一個(gè)摩擦表面切入另一摩擦表面形成(二體磨料磨損)，也可能由潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)、砂粒及較硬的磨屑切削較軟的摩擦表面形成(三體磨料磨損)，磨屑呈帶狀，通常寬2～5μm，長(zhǎng)約25～100μm。43(2)磨料磨損的磨屑134414(3)滾動(dòng)疲勞磨損的磨屑由滾動(dòng)疲勞后剝落形成，磨屑通常呈直徑為1～5μm的球狀，有時(shí)也有厚1～2μm、大小為20～50μm的片狀碎片。45(3)滾動(dòng)疲勞磨損的磨屑154616(4)滾動(dòng)疲勞加滑動(dòng)疲勞磨損的磨屑主要是指齒輪節(jié)圓上的材料疲勞剝落形成的不規(guī)則磨屑，通常寬厚比為4:1～10:1；當(dāng)齒輪載荷過(guò)大、速度過(guò)高時(shí)，齒面上也會(huì)出現(xiàn)凹凸不平的麻點(diǎn)和坑。47(4)滾動(dòng)疲勞加滑動(dòng)疲勞磨損的磨屑17(5)嚴(yán)重滑動(dòng)磨損的磨屑是在摩擦面的載荷過(guò)大或速度過(guò)高的情況下，由于剪切混合層不穩(wěn)定形成的；磨屑尺寸在20μm以上，厚度>2μm以上，經(jīng)常有銳利的直邊，其典型形貌如圖5-6所示。48(5)嚴(yán)重滑動(dòng)磨損的磨屑18第二節(jié)油樣鐵譜分析技術(shù)

鐵譜分析技術(shù)(Ferrography)是20世紀(jì)70年代國(guó)際摩擦學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。鐵譜技術(shù)已從最初的在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用擴(kuò)展到液壓系統(tǒng)、齒輪蝸輪傳動(dòng)箱、軸承等部件。

一、鐵譜分析與鐵譜儀

所謂鐵譜分析，就是利用鐵譜儀(Ferrograph)從潤(rùn)滑油樣(脂)試樣中，分離和檢測(cè)出磨屑和碎屑，從而分析和判斷機(jī)器運(yùn)動(dòng)副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的技術(shù)。49第二節(jié)油樣鐵譜分析技術(shù)鐵譜分析技術(shù)(Fer鐵譜儀是鐵譜分析的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)其工作方式的不同，鐵譜儀可分為直讀式鐵譜儀、分析式鐵譜儀和旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀。1．直讀式鐵譜儀(DRF－DirectReadingFerrograph)(1)結(jié)構(gòu)和工作原理直讀式鐵譜儀的結(jié)構(gòu)原理如圖5-7所示。油樣在虹吸現(xiàn)象的作用下流入沉積管，在沉積管的下部有一高強(qiáng)度、高梯度磁場(chǎng)，油樣中的鐵磁性顆粒受重力、浮力以及磁力三者的綜合作用，在隨著油樣流過(guò)沉積管的過(guò)程中，將會(huì)在沉積管內(nèi)有規(guī)律地沉積下來(lái)，其沉積規(guī)律如圖5-8所示。50鐵譜儀是鐵譜分析的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)其工作方式的不同，鐵譜儀可分512152225323(2)性能特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜(約為分析式鐵譜儀的1/4)；②制譜與讀譜合二為一，分析過(guò)程簡(jiǎn)便快捷；③目前的直讀式鐵譜儀讀數(shù)穩(wěn)定性、重復(fù)性較差