《機(jī)電設(shè)備管理故障診斷與維修技術(shù)》第4章 機(jī)電設(shè)備故障及零部件的失效機(jī)理

第4章機(jī)電設(shè)備故障及零部件的失效機(jī)理

第一節(jié)概述一.故障的含義：設(shè)備（系統(tǒng)）或零部件喪失了規(guī)定功能的狀態(tài)。包含兩層含義：①.系統(tǒng)偏離正常功能；②.功能喪失。注意：1.故障狀況隨規(guī)定對象變化而不同；2.故障狀況是針對規(guī)定功能而言；3.故障狀況應(yīng)達(dá)到一定程度。二.故障的分類1.按故障性質(zhì)分：間歇性故障與永久性故障2.按故障程度分：局部性故障與整體性故障3.按故障形成速度分：突發(fā)性故障與緩變性故障4.按故障形成原因分：操作或管理失誤形成的故障與自然故障5.按故障造成的后果分：致命故障與一般故障此外：按表現(xiàn)形式分為功能故障和潛在故障；按形成時(shí)間分為早期故障、隨時(shí)間變化故障和隨即故障；按程度與形成快慢分為破壞性故障與漸衰時(shí)效性故障等。三.故障的規(guī)律（一）.故障特征量1.故障概率由概率論知：故障概率2.故障率是故障概率與無故障概率之比。1）.瞬時(shí)故障率設(shè)備在某一瞬時(shí)的故障率：設(shè)有N個(gè)部件從t=0時(shí)開始工作，到t時(shí)刻故障數(shù)為n(t),無故障數(shù)為N存=N-n(t);若在⊿(t)內(nèi)有⊿n(t)部件發(fā)生故障，則瞬時(shí)故障率為：2）.平均故障率設(shè)備在某短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障率：N存取該段時(shí)間內(nèi)開始的殘存數(shù)與結(jié)尾時(shí)的殘存數(shù)的平均值。如：某設(shè)備有800個(gè)部件，400個(gè)小時(shí)內(nèi)有32個(gè)發(fā)生故障，則：故障率越低，可靠性越高3）.平均故障間隔期

是可修復(fù)設(shè)備在相鄰兩次故障間隔的平均時(shí)間，稱MTBF。如某新設(shè)備運(yùn)行1000小時(shí)發(fā)生故障，修復(fù)后運(yùn)行2000小時(shí)出現(xiàn)故障，再次修復(fù)后運(yùn)行2400小時(shí)后發(fā)生故障，則平均故障間隔時(shí)間為（1000+2000+24000）/3=1800h

設(shè)第i次故障運(yùn)行時(shí)間或兩次修理的間隔個(gè)時(shí)間為⊿ti；n為發(fā)生故障的總次數(shù)，則`平均故障間隔時(shí)間為：（二）故障率曲線（浴盆曲線）第二節(jié)機(jī)械零件的磨損

是零件磨損的主要形式一.零件磨損的一般形式下圖是一般機(jī)械零件磨損特性曲線圖二.磨損的類型

（一）.磨料磨損；

1.磨料磨損的機(jī)理：（見下圖）。

磨損掉的顆粒造成犁耕現(xiàn)象。

2.影響磨料磨損的主要因素：

（1）.摩擦副材料；（2）.磨料；（3）.壓力。（二）.疲勞磨損；

1.疲勞磨損的機(jī)理：（見下圖）。

滾動(dòng)磨和滑動(dòng)磨損共同作用。

2.影響疲勞磨損的主要因素：

（1）.材質(zhì)；（2）.接觸表面質(zhì)量；（3）.其它原因（如潤滑、應(yīng)力集中、配合間隙、介質(zhì)腐蝕等。（三）.粘著磨損1.粘著磨損的機(jī)理：由于潤滑不良、相對速度大、溫升過高、表面變軟造成粘著。2.影響磨料磨損的主要因素：（1）.摩擦副表面成分與材質(zhì)；（2)。摩擦副表面狀態(tài)如：是否有油膜、是否干凈等。（四）.微動(dòng)磨損1.微動(dòng)磨損的機(jī)理：微小振動(dòng)、發(fā)熱、磨料膨脹、氧化2.影響微動(dòng)磨損的主要因素：（1）.載荷；（2）.材質(zhì)性能。

第三節(jié)金屬零件的腐蝕一.化學(xué)腐蝕主要是氧腐蝕（也叫銹蝕或氧化磨損）。其次是酸腐蝕。生成硫化鐵和硫酸亞鐵。主要的原因是零件表面氧化膜不致密、與基體結(jié)合不牢固。二.電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件：①電極；②導(dǎo)體；③電解質(zhì)。在雨水中、潮濕的大氣中、含有二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、硫化氫和路氯氣等成分。有均勻腐蝕、小孔腐蝕和縫隙腐蝕及腐蝕疲勞四種。氣蝕

零件間氣泡在強(qiáng)大壓力下潰滅速度可達(dá)250m/s,產(chǎn)生微射流形成的水擊現(xiàn)象。

伴有機(jī)械、化學(xué)和電化學(xué)等作用。氣蝕嚴(yán)重時(shí)形成小孔直到開裂而破壞，故又叫穴蝕。減少氣蝕的措施：1.減少與液體表面接觸的振動(dòng)；2.選用耐氣蝕的材料，如球墨鑄鐵，不銹鋼，尼龍等。3.表面處理，如涂塑，陶瓷，鍍鉻等。4.改進(jìn)表面結(jié)構(gòu)，減少液體渦流現(xiàn)象。5.液體中添加乳化油。減少前氣泡爆破時(shí)的水擊力。

第四節(jié)機(jī)械零件的變形一.彈性變形原子間距r<r0時(shí)，材料的變形為彈性變形。比如彎曲的零件校直后又回彎曲（叫彈性后效現(xiàn)象），消除此現(xiàn)象可用回火處理。二.塑性變形晶格發(fā)生錯(cuò)移的變形。減少塑性變形措施：1.設(shè)計(jì)時(shí)提高強(qiáng)度，減少應(yīng)力集中；2.加工時(shí)消除殘余應(yīng)力。

第五節(jié).機(jī)械零件的斷裂

屬無塑性變形的突然斷裂有：氫脆；硝脆；堿脆；氨脆，冷脆等；脆斷的特征：1.應(yīng)力不大，但突然斷裂，具有突然性且無征兆；2.斷口平整光亮，幾乎無屈服頸縮現(xiàn)象；原因有三種：1.氫壓致斷；2.晶格脆化致斷3.氫腐蝕致斷。二.疲勞斷裂（一）.疲勞斷裂的機(jī)理三個(gè)階段1.萌生階段疲勞變形晶格滑移形成疲勞核心。如圖在滑移帶圖形的峰底處。2.擴(kuò)展階段切向擴(kuò)展階段，正向擴(kuò)展階段3.斷裂階段（二）疲勞斷裂的斷口分析1.疲勞核心區(qū)2.疲勞