機械零部件FMEA的常見失效

機械零部件FMEA的常見失效&應(yīng)對措施機械設(shè)備中各種零件或構(gòu)件都具有一定的功能，如傳遞運動、力或能量，實現(xiàn)規(guī)定的動作，保持一定的幾何形狀等等。當(dāng)機件在載荷（包括機械載荷、熱載荷、腐蝕及綜合載荷等）作用下喪失最初規(guī)定的功能時，即稱為失效。一般機械零件的失效形式是按失效件的外部形態(tài)特征來分類的，大體包括：磨損失效、斷裂失效、變形失效和腐蝕與氣蝕失效。一、磨損失效摩擦與磨損是自然界的一種普遍現(xiàn)象。當(dāng)零件之間或零件與其他物質(zhì)之間相互接觸，并產(chǎn)生相對運動時，就稱為摩擦。零件的摩擦表面上出現(xiàn)材料耗損的現(xiàn)象稱為零件的磨損。材料磨損包括兩個方面：一是材料組織結(jié)構(gòu)的損壞；二是尺寸、形狀及表面質(zhì)量（粗糙度）的變化。1、磨料（粒）磨損零件表面與磨料相互摩擦，而引起表層材料損失的現(xiàn)象稱為磨料磨損或磨粒磨損。磨料也包括對零件表面上硬的微凸體。在磨損失效中，磨料磨損失效是最常見、危害最為嚴(yán)重的一種。磨料磨損分為三種情況：第一種是直接與磨料接觸的機件所發(fā)生的磨損，稱為兩體磨損；第二種是硬顆料進入摩擦副兩對摩表面之間所造成的磨損，稱為三體磨損；第三種是堅硬、粗糙的表面微凸體在較軟的零件表面上滑動所造成的損傷，稱為微凸體磨損。減少磨料磨損的應(yīng)對措施對工程機械、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械中的許多遭受二體磨損機件，主要是選擇合適的耐磨材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計。對所有機械設(shè)備中可能遭受三體磨損的摩擦副，如軸頸與軸瓦，滾動軸承，缸套與活塞，機械傳動裝置等，應(yīng)設(shè)法阻止外界磨料進入摩擦副，并及時清除摩擦副磨合過程中產(chǎn)生的磨屑及硬微凸體磨損產(chǎn)生的磨屑。具體措施是對空氣、油料過濾；注意關(guān)鍵部分的密封；經(jīng)常維護、清洗換油；提高摩擦副表面的制造精度；進行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚淼取?、粘著磨損粘著磨損是指兩個作相對滑動的表面，在局部發(fā)生相互焊合，使一個表面的材料轉(zhuǎn)移到另一個表面所引起的磨損。由于摩擦表面粗糙不平，兩摩擦表面實際上只是在一些微觀點上接觸。在法向載荷作用下，接觸點的壓力很大，使金屬表面膜破裂，兩表面的裸露金屬直接接觸，在接觸點上發(fā)生焊合，即粘著。當(dāng)兩表面進一步相對滑動時，粘著點便發(fā)生剪切及材料轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在鄰近區(qū)域，凸出的材料又可能發(fā)生新的粘著，直至最后在表面上脫落下來，形成磨屑。減少粘著磨損的應(yīng)對措施（1）合理潤滑建立可靠的潤滑保護膜，隔離相互摩擦的金屬表面，是最有效、最經(jīng)濟的措施。（2）選擇互溶性小的材料配對鉛、錫、銀等在鐵的溶解度小，用這些金屬的合金做軸瓦材料，抗粘著性能極好（如巴氏合金、鋁青銅、高錫鋁合金等），鋼與鑄鐵配對抗粘著性能也不錯。（3）金屬與非金屬配對鋼與石墨、塑料等非金屬摩擦?xí)r，粘著傾向小，用優(yōu)質(zhì)塑料作耐磨層是很有效的。（4）適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚肀砻娲闶?、表面化學(xué)處理、磷化處理、硫化處理、滲氮處理、四氧化三鐵處理以及適當(dāng)?shù)膰娡刻幚?，都能提高金屬抗粘著磨損的能力。3、疲勞磨損當(dāng)摩擦副兩接觸表面做相對滾動或滑動時，周期性的載荷使接觸區(qū)受到很大的交變接觸應(yīng)力，使金屬表層產(chǎn)生疲勞裂紋并不斷擴展、引起表層材料脫落，造成點蝕和剝落，這一現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。提高抗疲勞磨損的途徑（1）減少材料中的脆性夾雜物（2）適當(dāng)?shù)挠捕龋?）提高表面加工質(zhì)量降低摩擦表面粗糙度和形狀誤差，可以減少微凸體，均衡接觸應(yīng)力，提高抗疲勞磨損的能力。接觸應(yīng)力越大，對加工質(zhì)量的要求也越高。（4）表面處理減少疲勞磨損。當(dāng)進行表面滲碳、淬火、表面噴丸、滾壓處理時，都可使表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。（5）潤滑潤滑油的襯墊作用，可使接觸區(qū)的集中載荷分散。4、微動磨損微動磨損是兩固定接觸面上出現(xiàn)相對小幅振動而造成的表面損傷，主要發(fā)生在宏觀相對靜止的零件結(jié)合面上。其主要危害是使配合精度下降，緊配合的機體變松，更嚴(yán)重的是引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致零件疲勞斷裂。減少微動磨損的途徑（1）材料性能提高材料硬度，選擇適當(dāng)?shù)牟牧吓涓倍伎梢詼p少微動磨損。（2）載荷影響在一定條件下，微動磨損隨載荷的增加而增加，但當(dāng)載荷超過某一臨界值時，微動磨損現(xiàn)象反而減少。（3）表面處理經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，可降低或消除微動磨損。如噴丸、滾壓、磷化、鍍銅等。5、沖蝕磨損沖蝕磨損是指材料受到固定粒子、液滴或液體氣泡沖擊時，表面出現(xiàn)的損失現(xiàn)象。減少氣蝕危害的措施有：1）減少液體內(nèi)的壓力波動，也就組織了氣泡的萌生與潰滅。具體方法可以采用減振措施，與液體接觸的機件表面設(shè)計成流線型，防止液體產(chǎn)生渦流等。2）選用強度高、抗腐蝕性能好的材料，如不銹鋼，陶瓷、尼龍等。3）零件表面覆蓋高強度耐腐蝕層。4）對封閉或循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的液體可采取降溫措施或添加緩蝕劑及防乳化油。二、斷裂失效機械零件在某些因素作用下分裂成兩塊或兩塊以上的現(xiàn)象稱為斷裂失效。按零件斷裂的原因分類是機械設(shè)備工程學(xué)中常用的分類方法，它將斷裂分為過載斷裂、疲勞斷裂、脆性斷裂等1、過載斷裂當(dāng)零件斷裂外加載荷超過其危險截面所能承受的極限應(yīng)力時，零件將發(fā)生斷裂，這種斷裂稱為過載斷裂。零件強度設(shè)計不合理，結(jié)構(gòu)上應(yīng)力過度集中，操作失誤，機械設(shè)備超負(fù)荷運行，使某些零件承受過大載荷，都可能導(dǎo)致過載斷裂。2、疲勞斷裂金屬零件經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)載荷或交變應(yīng)力作用后引發(fā)的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂，也稱為機械疲勞3、脆性斷裂金屬零件因制造工藝不太正確，或因使用過程中遭有害介質(zhì)的侵蝕，或因環(huán)境溫度不適，都可能是材料變脆，從而是金屬零件發(fā)生突然斷裂。這種性質(zhì)的斷裂一般稱為脆性斷裂，也有稱為環(huán)境斷裂的。1）金屬材料發(fā)生脆性斷裂時，一般工作應(yīng)力并不高，通常不超過材料的屈服強度，甚至不超過由某些規(guī)范確定的許用應(yīng)力，所以脆性斷裂又稱低應(yīng)力脆斷。2）脆性斷裂的斷口平整光亮，呈粗瓷狀，斷口斷面大體垂直于主應(yīng)力方向。一般斷口邊緣有剪切唇，斷口上有人字紋或放射狀花紋。3）脆性斷裂也有裂紋源，裂紋源出現(xiàn)在表面的應(yīng)力集中部位，損傷部位，內(nèi)部的夾雜、空穴，及由軋制、鍛壓而產(chǎn)生的微小裂紋部位。氫脆斷裂由于氫作用而導(dǎo)致金屬材料在低應(yīng)力狀況下的脆性斷裂稱為氫脆斷裂，又稱氫損傷。氫脆斷口與一般性斷口一樣，平齊光亮。但如果仔細(xì)觀察，氫脆斷口上可發(fā)現(xiàn)白點。白點是氫泡留下的痕跡，白點外圍有放射狀撕裂紋，這是裂紋擴展的痕跡。斷裂失效原因：確定零件的失效原因時，應(yīng)對零件的材質(zhì)，制造工藝，載荷狀況，裝配質(zhì)量，使用年限，工作環(huán)境中的介質(zhì)、溫度，同類零件的使用情況等作詳細(xì)的了解和分析，再結(jié)合斷口的宏觀特征、微觀特征，作出準(zhǔn)確的判斷，確定斷裂失效的主要原因、次要原因。應(yīng)對斷裂失效的措施（1）設(shè)計方面零件結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中。在選擇材料時應(yīng)該有針對性，不能認(rèn)為高強度材料就是好材料，應(yīng)根據(jù)環(huán)境介質(zhì)、溫度、負(fù)載性質(zhì)作適當(dāng)選擇。（2）工藝方面表面強化處理可大大提高零件疲勞壽命。表面適當(dāng)?shù)耐繉涌煞乐褂泻橘|(zhì)造成的脆性斷裂。某些材料熱處理時，在爐中沖入保護氣體可大大改善其性能。（3）安裝使用方面第一要正確安裝，防止產(chǎn)生附加應(yīng)力與振動。對重要零件，應(yīng)防止碰傷拉傷，因為每一個傷痕都有可能成為一個斷裂源。第三應(yīng)防止設(shè)備過載，嚴(yán)格遵循設(shè)備的操作規(guī)程。有些設(shè)備只能空載起動的就不要負(fù)載起動，以防止過大的沖擊載荷。三、腐蝕失效金屬零件在某些特定的環(huán)境中會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)與電化學(xué)反應(yīng)，造成表面材料損耗，表面質(zhì)量被破壞，內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)損傷，最終導(dǎo)致零件失效。這一失效稱為零件的腐蝕失效。金屬的化學(xué)腐蝕：金屬零件表面材料與周圍的干燥氣體或非電解質(zhì)液體中的有害成分直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕層，這種腐蝕稱為化學(xué)腐蝕。金屬的電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕是一種復(fù)雜的物理與化學(xué)腐蝕過程。金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕需要幾個基本條件，一是有電解質(zhì)溶液存在；二是腐蝕區(qū)有電位差；三是腐蝕區(qū)電荷可以自由流動。應(yīng)對腐蝕措施1.表面覆蓋防腐（1）表面覆蓋金屬層通過電鍍、熱噴漆、熱鍍等方法，可以將抗腐蝕性較好的金屬結(jié)合在需要保護的零件表面，形成抗腐的金屬膜或金屬層。（2）表面覆蓋非金屬層常用的非金屬保護層材料有油漆、塑料、橡膠、瀝青、搪瓷、玻璃鋼等。工藝方法有刷涂、噴涂、粘貼、壓貼、纏繞等。（3）表面氧化與磷化表層氧化又稱為發(fā)藍處理。表面發(fā)藍處理與磷化是采用化學(xué)自理的方法使金屬表面形成保護性氧化膜。2.緩蝕劑防腐如果在腐蝕介質(zhì)中加少量某些物質(zhì)，就能消除或降低介質(zhì)對金屬的腐蝕作用，這些物質(zhì)就叫做緩蝕劑。氧化型緩蝕劑在介質(zhì)中無氧存在時也能起緩蝕作用，如硝酸鈉等；非氧化型緩蝕劑在介質(zhì)中無氧時，就不能起緩蝕作用，如硅酸鹽等；有機緩蝕劑的保護機理是：使介質(zhì)中的金屬表面生成一層致密的鈍化膜，從而阻止了介質(zhì)對金屬表面的腐蝕。3.電化學(xué)保護在電化學(xué)腐蝕過程中，陽極金屬表層出現(xiàn)陽離子而受到腐蝕，陰極吸收了充裕的電子而受到保護。4.防腐蝕結(jié)構(gòu)1）應(yīng)防止電位差很大的金屬零件相互接觸，否則容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。例如，鋁、鎂合金不應(yīng)和銅、鋼等材料接觸。當(dāng)必須接觸時，必須用絕緣材料隔開，隔斷腐蝕電流。2）鋼結(jié)構(gòu)中不應(yīng)有積液、積塵結(jié)構(gòu)，對不可避免的溝槽應(yīng)有排泄孔，以隨時清除腐蝕性介質(zhì)。3）盡量不用鉚接結(jié)構(gòu)、單面焊接結(jié)構(gòu)和斷續(xù)焊接結(jié)構(gòu)，以防止縫隙腐蝕。4）輸送腐蝕性介質(zhì)的管道應(yīng)盡量防止流速、壓力的突變，防止產(chǎn)生渦流，以防止產(chǎn)生局部腐蝕和氣蝕。5）某些防腐涂層如果容易破裂，不如不涂保護層，因為局部點腐蝕的危害甚于均勻而緩慢的全面腐蝕。四、畸變失效機械零件在機械載荷或熱載荷作用下發(fā)生影響零件功能的變形稱為畸變。發(fā)生畸變的零件表現(xiàn)為體積增大（或縮?。?、彎曲、翹曲等。當(dāng)發(fā)生畸變的零件喪失了規(guī)定的功能時，就稱為畸變失效。1、彈性畸變彈性畸變的原因：（1）結(jié)構(gòu)因素零件截面的結(jié)構(gòu)對其剛度影響最大。有時候，在一個焊接構(gòu)件上增加幾根加強肋，其剛度就尤為改觀。（2）彈性模量的影響材料的彈性模量越大，則抗彈性畸變的能力最強。（3）溫度的影響在通常情況下，彈性變形量與溫度成正比，因為溫度升高時，彈性模量也隨著降低，但溫度過高時，材料屈服強度降低，在載荷作用下，材料會發(fā)生顯著塑性變形。2、塑性畸變當(dāng)零件在宏觀上出現(xiàn)了明顯的塑性畸變，并超過了允許值時，即為塑性畸變失效（1）材質(zhì)缺陷材質(zhì)缺陷主要是指因熱處理不良造成的組織缺陷。（2）設(shè)計不當(dāng)設(shè)計精度過低，對載荷估計不足，會造成接觸副的干涉、偏載及過載現(xiàn)象。對溫度估計過低，勢必影響合理選材。（3）使用維護不當(dāng)因使用維護不當(dāng)造成的塑性畸變失效時有發(fā)生。操作失誤會使主要零件嚴(yán)重過載。檢修設(shè)備時，不合理的拆裝方法、零件位置的裝配錯誤、細(xì)長軸類零件不適當(dāng)?shù)拇娣欧椒ǘ伎赡軐?dǎo)致零件塑性畸變失效。3、翹曲畸變失效形狀比較復(fù)雜的零件出現(xiàn)大小和方向都不均勻的變形、出現(xiàn)翹曲狀外形，使形位精度喪失，這種情況稱為翹曲畸變失效。（1）溫度變化的不均勻性這包括兩個方面，一是零件或構(gòu)件在熱處理時，各部位不均的升溫過程與降溫過程，會使內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力或相變應(yīng)力，導(dǎo)致原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)破壞，零件翹曲；二是零件在工