第一章機(jī)械設(shè)備的老化與故障理論課件

工程機(jī)械維修8/7/2023工程機(jī)械維修8/1/20231內(nèi)容Ⅰ、本課程概況Ⅱ、本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容Ⅲ、本課程學(xué)習(xí)要求及成績(jī)?cè)u(píng)定8/7/2023內(nèi)容Ⅰ、本課程概況8/1/20232

Ⅰ、本課程概況

步人21世紀(jì)，工程建設(shè)對(duì)工程機(jī)械的需要和依賴程度愈來(lái)愈高，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工程機(jī)械和設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)越完善，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。由于許許多多無(wú)法避免的因素的影響，有時(shí)機(jī)械設(shè)備會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，以致降低或失去其預(yù)定的功能，甚至造成嚴(yán)重的以至災(zāi)難性的事故，造成機(jī)毀人亡，因而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此保證機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行，消除事故，是十分迫切的問(wèn)題。這就使工程機(jī)械維修的重要性更加突現(xiàn)出來(lái)。8/7/2023Ⅰ、本課程概況

3工程機(jī)械維修的現(xiàn)代化程度，既關(guān)系到工程機(jī)械本身的完好率、使用壽命、使用成本、工程質(zhì)量、施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家建設(shè)生產(chǎn)綜合能力的強(qiáng)弱，體現(xiàn)一個(gè)工程建設(shè)企業(yè)管理水平、技術(shù)水平和生產(chǎn)能力的高低。工程機(jī)械的高精度、自動(dòng)化、復(fù)雜化的發(fā)展，使得其維修比較困難。因此促進(jìn)了以檢測(cè)與診斷技術(shù)為基礎(chǔ)、可靠性為中心、多種維修方式相結(jié)合的維修模式的更快發(fā)展，以掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、素質(zhì)高、技術(shù)精的維修技術(shù)人員隊(duì)伍為保證。從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造、機(jī)械應(yīng)用及管理的技術(shù)人員必須具有機(jī)械維修方面的基礎(chǔ)知識(shí)和了解掌握新工藝、新技術(shù)的基本素質(zhì)，才能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。8/7/2023工程機(jī)械維修的現(xiàn)代化程度，既關(guān)系到工程機(jī)械本4Ⅱ、本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章機(jī)械設(shè)備的老化與故障理論第二章維修理論第三章摩擦與潤(rùn)滑第四章機(jī)械零件的失效分析第五章機(jī)械零件的修復(fù)技術(shù)與再制造第六章典型零件的修復(fù)第七章機(jī)械修理過(guò)程的主要工藝及修理管理第八章現(xiàn)代柴油機(jī)典型修理裝配工藝第九章工程機(jī)械底盤修理8/7/2023Ⅱ、本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章機(jī)械設(shè)備的老化與故障理論5Ⅲ、本課程學(xué)習(xí)要求及成績(jī)?cè)u(píng)定1．考核方式：考試；2．考核方法：筆試（閉卷）；3.具體上課時(shí)間：NO.5~19每周周一1~2課（單周）B3111周四1~2課B11054．成績(jī)?cè)u(píng)定：總評(píng)成績(jī)100分＝平時(shí)30分＋期末考試70分8/7/2023Ⅲ、本課程學(xué)習(xí)要求及成績(jī)?cè)u(píng)定1．考核方式：考試；8/1/206平時(shí)成績(jī)：課堂表現(xiàn)：10分（睡覺(jué)、說(shuō)話、玩手機(jī)、看小說(shuō)，發(fā)現(xiàn)一次去2分）考勤考紀(jì)：5分作業(yè)＋課堂筆記：10分（每次作業(yè)占2分）；實(shí)驗(yàn)：5分（預(yù)習(xí)報(bào)告占20％，實(shí)驗(yàn)過(guò)程占40％，實(shí)驗(yàn)報(bào)告40％）。8/7/2023平時(shí)成績(jī)：8/1/20237第一章機(jī)械設(shè)備的老化與故障

理論8/7/2023第一章機(jī)械設(shè)備的老化與故8第一節(jié)機(jī)械設(shè)備的老化及起因

第二節(jié)老化規(guī)律及補(bǔ)償?shù)谌?jié)機(jī)械故障理論概述第四節(jié)故障理論及故障規(guī)律8/7/2023第一節(jié)機(jī)械設(shè)備的老化及起因第二節(jié)老化規(guī)律及補(bǔ)償?shù)谌?jié)機(jī)9教學(xué)目標(biāo)：使同學(xué)基本明確機(jī)械設(shè)備的老化及起因、老化規(guī)律及補(bǔ)償、故障理論及故障規(guī)律。重點(diǎn)：機(jī)械設(shè)備的老化及起因，老化規(guī)律及補(bǔ)償、故障理論及故障規(guī)律；難點(diǎn)：老化規(guī)律及補(bǔ)償、故障理論及故障規(guī)律。解決方法：課后仔細(xì)復(fù)習(xí)8/7/2023教學(xué)目標(biāo)：使同學(xué)基本明確機(jī)械設(shè)備的老化及起因、老化規(guī)律及10第一節(jié)機(jī)械設(shè)備的老化及起因

機(jī)械設(shè)備無(wú)論設(shè)計(jì)和制造得多么完美，都會(huì)隨著長(zhǎng)期的使用、保管或閑置過(guò)程產(chǎn)生工作能力下降、精度降低、價(jià)值貶低、可靠性降低等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為老化（或劣化）。機(jī)械維修的重要內(nèi)容及理論基礎(chǔ):ⅰ

研究老化的規(guī)律;ⅱ研究對(duì)機(jī)械設(shè)備造成有害作用的根源及相應(yīng)對(duì)策.8/7/2023第一節(jié)機(jī)械設(shè)備的老化及起因機(jī)械設(shè)11一、老化的分類8/7/2023一、老化的分類8/1/202312機(jī)械設(shè)備老化可分為有形老化和無(wú)形老化兩種形式。（一）有形老化定義——機(jī)械設(shè)備及零部件在使用、保管或閑置過(guò)程中，因摩擦磨損、變形、沖擊振動(dòng)、疲勞、斷裂、腐蝕等使機(jī)械實(shí)體形態(tài)變化、精度降低、性能變壞，這種現(xiàn)象稱為有形老化。2.類型：①機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中造成的實(shí)體損壞為第一種有形老化。㈢8/7/2023機(jī)械設(shè)備老化可分為有形老化和無(wú)形老化兩種形式。㈢8/1/2013第一種有形老化的一般表現(xiàn)在：(1)零部件的原始尺寸，甚至形狀發(fā)生改變；(2）零部件之間的公差配合性質(zhì)發(fā)生變化，精度降低；(3)零件破壞。對(duì)第一種有形老化根據(jù)其性質(zhì)及是否可以預(yù)防，再分為正常老化和不正常老化。前者指的是在正常使用條件下發(fā)生的不可避免的老化；后者指的是在一般情況下可以避免的一類老化。8/7/2023第一種有形老化的一般表現(xiàn)在：8/1/202314如機(jī)械摩擦磨損是不可避免的老化，在正常使用條件下，磨損是緩慢的，是正常老化。對(duì)于正常老化則應(yīng)設(shè)法減緩其產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程速率。相反，若因其他原因造成快速磨損或?yàn)?zāi)難性磨損，則是不正常磨損，會(huì)造成不正常老化。對(duì)于不正常老化應(yīng)采取各種措施消除其根源和發(fā)生的條件；*第一種有形老化與使用時(shí)間和強(qiáng)度有關(guān)。8/7/2023如機(jī)械摩擦磨損是不可避免的老化，在正常使用條件下，磨損是緩慢15②由于自然力的作用，在保管和閑置過(guò)程中造成變形、金屬銹蝕、材料老化變質(zhì)等為第二種有形老化。*第二種有形老化與閑置時(shí)間和保管狀態(tài)有關(guān)。

不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，選用耐用材料，零部件加工精度的提高，結(jié)構(gòu)可靠性的增大，正確使用，及時(shí)維護(hù)，合理保管，先進(jìn)的修理技術(shù)的采用等都會(huì)減慢有形老化的發(fā)展進(jìn)程。技術(shù)進(jìn)步常與提高速度、壓力、載荷和溫度相聯(lián)系，這些會(huì)加劇機(jī)械的有形老化。8/7/2023②由于自然力的作用，在保管和閑置過(guò)程中造成變形、金屬銹蝕、材16

③結(jié)論：當(dāng)機(jī)械老化到一定程度時(shí)，其使用價(jià)值降低，使用費(fèi)用提高。要消除有形老化，可通過(guò)修理來(lái)恢復(fù)，且修理費(fèi)應(yīng)小于新機(jī)械的價(jià)值。當(dāng)有形老化達(dá)到機(jī)械喪失工作能力，通過(guò)修理也不能恢復(fù)其功能時(shí)，則需用更新的機(jī)械來(lái)代替原有的機(jī)械。8/7/2023③結(jié)論：當(dāng)機(jī)械老化到一定程度時(shí)，其使用價(jià)值降低，使用費(fèi)用17（二）無(wú)形老化

機(jī)械設(shè)備在使用或閑置過(guò)程中，由于非自然力和非使用所引起機(jī)械設(shè)備價(jià)值的損失，在實(shí)物形態(tài)上看不出來(lái)的老化現(xiàn)象稱之為無(wú)形老化或經(jīng)濟(jì)老化。無(wú)形老化分兩種形式：(1)由于科技進(jìn)步使生產(chǎn)率提高，勞動(dòng)耗費(fèi)降低，生產(chǎn)工藝改進(jìn)，增大生產(chǎn)規(guī)模等原因，雖機(jī)械設(shè)備的技術(shù)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性能并未改變，但再生產(chǎn)該種機(jī)械的價(jià)格降低，而使其貶值的現(xiàn)象，叫做第一種無(wú)形老化。8/7/2023（二）無(wú)形老化8/1/202318(2)由于不斷出現(xiàn)結(jié)構(gòu)更合理、技術(shù)性能更佳、效率更高、經(jīng)濟(jì)效益更好的新型機(jī)械設(shè)備，使原機(jī)械顯得技術(shù)陳舊、功能落后而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)老化（原機(jī)械的價(jià)值相對(duì)降低）稱作第二種無(wú)形老化。無(wú)形老化是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的結(jié)果，老化愈快，說(shuō)明科技進(jìn)步愈快。因此對(duì)無(wú)形老化我們不能防止它，而應(yīng)認(rèn)真研究其規(guī)律，使機(jī)械購(gòu)人后，盡早盡快投人使用，提高利用率，在經(jīng)濟(jì)壽命期間內(nèi)創(chuàng)造更多的價(jià)值，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。8/7/2023(2)由于不斷出現(xiàn)結(jié)構(gòu)更合理、技術(shù)性能更佳、效率更高、經(jīng)濟(jì)效19二、老化的起因

由于無(wú)形老化的產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)榭萍歼M(jìn)步引起，在此我們不再進(jìn)行更多的探究。引起有形老化的原因較多，研究對(duì)機(jī)械造成有害作用的根源，查明降低機(jī)械工作能力的過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)，弄清機(jī)械本身對(duì)這些作用所產(chǎn)生的反應(yīng)，有助于從設(shè)計(jì)、制造、使用和維修等方面采用有效可行的措施，降低有形老化速率，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命和經(jīng)濟(jì)壽命，從而最大限度地發(fā)揮機(jī)械的效能。8/7/2023二、老化的起因8/1/202320

機(jī)械設(shè)備有形老化的起因，可從不同的角度來(lái)研究認(rèn)識(shí)，我們可從能量的角度考察。機(jī)械設(shè)備在制造后和使用、閑置過(guò)程中，會(huì)受到各種能量的作用。這些能量可歸納為三類：ⅰ周圍介質(zhì)能量的作用；ⅱ機(jī)械內(nèi)部機(jī)械能的作用；ⅲ在制造中聚集在機(jī)械零件內(nèi)部潛伏作用的能量。8/7/2023機(jī)械設(shè)備有形老化的起因，可從不同的角度來(lái)研究21（一）周圍介質(zhì)能量的作用作用于機(jī)械上的周圍介質(zhì)能量有：1．熱能——周圍介質(zhì)溫度的變化，來(lái)源于大環(huán)境溫度的變化以及由于機(jī)械自身及周圍其他機(jī)械的發(fā)熱作用而造成的小環(huán)境溫度的變化。熱能對(duì)機(jī)械零件產(chǎn)生作用和影響有：熱脹冷縮；金屬組織和性能的變化；有機(jī)材料制造的零件的軟化、蠕變及老化；溫度升高使?jié)櫥驼扯茸兓?，氧化增?qiáng)，易變質(zhì)，潤(rùn)滑性能變差，加速機(jī)件的磨損等。8/7/2023（一）周圍介質(zhì)能量的作用8/1/2023222．化學(xué)能——金屬零件表面上的水分及其他浸蝕性氣體或液體的作用，會(huì)使零件表面受腐蝕破壞。如水蒸氣冷凝成水珠沾附于鋼鐵件表面時(shí)會(huì)引起電化學(xué)腐蝕，機(jī)械設(shè)備在閑置時(shí)若無(wú)保護(hù)措施也會(huì)產(chǎn)生這種破壞；柴油含硫量過(guò)多會(huì)造成氣缸、活塞、活塞環(huán)等零件的腐蝕磨損；柴油發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在低溫工作狀態(tài)下運(yùn)行也會(huì)造成氣缸、活塞環(huán)等零件的腐蝕。機(jī)械在酸性或堿性環(huán)境中作業(yè)，不僅腐蝕機(jī)械外表，而且使空氣中的酸性或堿性物質(zhì)吸人氣缸、造成機(jī)件的腐蝕。經(jīng)常在泥濘環(huán)境下工作的機(jī)械，其底盤及行走裝置在腐蝕、氧化環(huán)境中也極易引起技術(shù)狀況變壞。8/7/20232．化學(xué)能——金屬零件表面上的水分及其他浸蝕性氣體或液體的作233．其他形式的能量——如有害生物的浸蝕會(huì)破壞常用的絕緣材料甚至金屬材料。4．操作不當(dāng)——操作和修理機(jī)械的人員因誤操作或操作不合要求，極易損害機(jī)械的工作能力，嚴(yán)重者可造成機(jī)械工作能力完全喪失或者釀成事故。如機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)行，易造成零件變形及磨損加劇；超速運(yùn)行時(shí)，由于附加載荷過(guò)大造成零件的變形甚至斷裂；冬季起動(dòng)時(shí)，不加冷卻水，發(fā)動(dòng)機(jī)未達(dá)到正常溫度就進(jìn)人大負(fù)荷作業(yè)，操作粗野，冬季停機(jī)后立即放水等違反操作規(guī)程的使用方式，都可造成機(jī)械的技術(shù)狀況迅速惡化；不按維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械進(jìn)行維修，其維修質(zhì)量肯定低劣。8/7/20233．其他形式的能量——如有害生物的浸蝕會(huì)破壞常用的絕緣材料甚24（二）機(jī)械設(shè)備內(nèi)部機(jī)械能的作用在機(jī)械工作過(guò)程中，機(jī)械能不僅沿著各個(gè)機(jī)件傳遞，還與外部介質(zhì)（被驅(qū)動(dòng)的機(jī)械和工作的對(duì)象）發(fā)生作用，引起載荷對(duì)機(jī)械產(chǎn)生作用，且機(jī)械能還用以克服運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力。載荷和摩擦對(duì)機(jī)械作用的結(jié)果將使機(jī)械產(chǎn)生疲勞磨損、變形和內(nèi)應(yīng)力再分布等，這些不可逆的過(guò)程，會(huì)使機(jī)械隨工作時(shí)間的增長(zhǎng)而產(chǎn)生有形老化。8/7/2023（二）機(jī)械設(shè)備內(nèi)部機(jī)械能的作用8/1/202325（三）在制造中聚集在機(jī)械零件材料內(nèi)部的潛伏能量的作用這種潛伏能量表現(xiàn)為鑄件的內(nèi)應(yīng)力，機(jī)械加工或熱處理時(shí)零件的內(nèi)應(yīng)力，以及機(jī)械裝配時(shí)的內(nèi)應(yīng)力。這些內(nèi)應(yīng)力與零件工作載荷共同作用，可加速零件材料的損傷。如當(dāng)零件材料中殘余內(nèi)應(yīng)力是拉伸內(nèi)應(yīng)力時(shí)，而零件工作時(shí)受載荷引起的工作應(yīng)力也是拉伸壓力時(shí)，則二者共同作用的結(jié)果將使零件材料承受的是更大的拉伸應(yīng)力。此應(yīng)力若超過(guò)材料的強(qiáng)度，零件將會(huì)被破壞。除上述以外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造、油料品質(zhì)、維護(hù)修理等方面的因素，也可引起有形老化速率的變化。8/7/2023（三）在制造中聚集在機(jī)械零件材料內(nèi)部的潛伏能量的作用8/1/26第二節(jié)老化規(guī)律及補(bǔ)償一、老化的共同規(guī)律（一）零件壽命的不平衡性和分散性零件壽命有兩個(gè)特點(diǎn)，即異名零件壽命的不平衡性和同名零件壽命的分散性。在機(jī)械設(shè)備中，每個(gè)零件的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工作條件不相同，老化的速度相差很大，形成了異名零件壽命的不平衡性。提高了一部分零件的壽命，而其他零件的壽命又相對(duì)縮短了。

異名零件壽命的不平衡是絕對(duì)的，平衡只是暫時(shí)和相對(duì)的。8/7/2023第二節(jié)老化規(guī)律及補(bǔ)償一、老化的共同規(guī)律8/1/20227

對(duì)于同名零件，由于材質(zhì)差異，加工與裝配的誤差，使用與維修的差別，其壽命長(zhǎng)短不同，分布成正態(tài)曲線，形成同名零件壽命的分散性。這種分散性可設(shè)法減小，但不能消除，因此，它是絕對(duì)的。同名零件壽命的分散性又?jǐn)U大了異名零件壽命的不平衡性。結(jié)論：零件壽命的這兩個(gè)特性完全適用于部件、總成和機(jī)械設(shè)備。8/7/2023對(duì)于同名零件，由于材質(zhì)差異，加工與裝配的誤28（二）機(jī)械設(shè)備壽命的地區(qū)性和遞減性

機(jī)械設(shè)備的壽命受自然條件影響很大，如在惡劣工況下工作的工程機(jī)械，其行走部分及減速箱的磨損較大；在寒冷或炎熱以及沙漠地區(qū)工作的機(jī)械設(shè)備，其腐蝕和磨料磨損較大。這進(jìn)一步擴(kuò)大了機(jī)械壽命的分散性。這種影響在相同地區(qū)具有相同的趨勢(shì)，故稱之為機(jī)械壽命的地區(qū)性。

由于材料的物理、力學(xué)性能發(fā)生變化需要一定的時(shí)間，所以零件的許多缺陷只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)時(shí)間的發(fā)展才逐漸顯露出來(lái)。受各方面條件的限制和制約，機(jī)械經(jīng)過(guò)維修，其技術(shù)狀況經(jīng)常達(dá)不到預(yù)定的要求，壽命將隨維修次數(shù)的增加而呈遞減的趨勢(shì)，即所謂壽命遞減性。8/7/2023（二）機(jī)械設(shè)備壽命的地區(qū)性和遞減性8/1/202329（三）機(jī)械設(shè)備性能和效率的遞減性在機(jī)械設(shè)備的有形老化中，有些是可以通過(guò)維修予以恢復(fù)，有些因技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因，在目前條件下還無(wú)法徹底恢復(fù)，因此，經(jīng)過(guò)維修的機(jī)械設(shè)備其性能和效率呈遞減的趨勢(shì)，即所謂性能和效率的遞減性。

8/7/2023（三）機(jī)械設(shè)備性能和效率的遞減性8/1/202330（四）材料性狀的不可逆性材料性狀不可逆性是指當(dāng)外界因素停止作用后，零件材料的狀態(tài)發(fā)生了變化，不能恢復(fù)自身的原始狀態(tài)。如零件發(fā)生的磨損、腐蝕疲勞、內(nèi)應(yīng)力再分布以及扭曲畸變等是最有代表性的不可逆變化。這種不可逆性變化的規(guī)律稱為老化規(guī)律，它揭示了機(jī)械設(shè)備零件材料內(nèi)部發(fā)生不可逆變化過(guò)程的物理、化學(xué)本質(zhì)。8/7/2023（四）材料性狀的不可逆性8/1/202331二、老化過(guò)程的分類為了便于研究和解決抗老化過(guò)程的工程問(wèn)題，對(duì)老化過(guò)程進(jìn)行分類是必要的。項(xiàng)目老化過(guò)程的外部特征（損傷類型）老化過(guò)程的不同類別零件整體破壞韌性破壞、脆性破壞變形塑性變形、蠕變、彎曲、扭曲材料性能變化材料組織、化學(xué)成分、力學(xué)性能、塑性、污染程度（燃料油、潤(rùn)滑油）等變化8/7/2023二、老化過(guò)程的分類項(xiàng)目老化過(guò)程的外部特征老化過(guò)程的不同類別零32零件表面磨損磨損（擦傷）、表面層疲勞、擠壓損傷、材料轉(zhuǎn)移腐蝕銹蝕、浸蝕、氣蝕、燒蝕、裂紋腐蝕粘著粘著（粘附、內(nèi)聚、吸附、擴(kuò)散）、積垢、粘結(jié)表面層性能的變化粗糙度、硬度、應(yīng)力狀態(tài)、反射能力等變化在上述分類中零件整體可能發(fā)生破壞、變形和材料性能變化，其中破壞是最具危險(xiǎn)和災(zāi)難性的老化過(guò)程。8/7/2023零磨損磨損（擦傷）、表面層疲勞、擠壓損傷、材料轉(zhuǎn)移腐蝕銹蝕、33三、老化后的補(bǔ)償機(jī)械設(shè)備老化后，可以通過(guò)維修、更換、更新和改善性修理等方法進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)械的有形老化與無(wú)形老化造成的經(jīng)濟(jì)后果是有差別的。有形老化嚴(yán)重的機(jī)械在修理前常常不能正常工作，而無(wú)形老化嚴(yán)重的機(jī)械卻不影響它的繼續(xù)使用。機(jī)械老化形式不同，補(bǔ)償?shù)姆绞揭膊煌?，補(bǔ)償分為局部補(bǔ)償和完全補(bǔ)償。機(jī)械的有形老化的局部補(bǔ)償是修理，無(wú)形老化的局部補(bǔ)償是現(xiàn)代化改裝。有形老化與無(wú)形老化的完全補(bǔ)償是機(jī)械設(shè)備更新。8/7/2023三、老化后的補(bǔ)償8/1/2023348/7/20238/1/2023358/7/20238/1/2023368/7/20238/1/2023378/7/20238/1/202338第三節(jié)機(jī)械故障理論概述

機(jī)械設(shè)備及機(jī)械零件在有形老化的影響下，往往會(huì)出現(xiàn)明顯的機(jī)械故障。在機(jī)械設(shè)備維修中，研究故障的目的是要查明故障模式，尋找故障機(jī)理，探求減少故障發(fā)生的方法，提高機(jī)械設(shè)備的可靠性程度和有效利用率。8/7/2023第三節(jié)機(jī)械故障理論概述機(jī)械設(shè)備39一、機(jī)械故障的定義機(jī)械故障——就是指機(jī)械系統(tǒng)（零件、組件、部件或整臺(tái)機(jī)械設(shè)備乃至一系列的機(jī)械設(shè)備組合）因偏離其設(shè)計(jì)狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。一般將故障定義為：機(jī)械設(shè)備（系統(tǒng)）或零部件喪失了規(guī)定功能的狀態(tài)，通常把機(jī)械喪失規(guī)定的功能稱為功能故障，簡(jiǎn)稱故障。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為概括所有可能發(fā)生的事件，給故障下了一個(gè)廣泛的定義，即“故障是不合格的狀態(tài)”。8/7/2023一、機(jī)械故障的定義8/1/202340對(duì)于故障，應(yīng)明確規(guī)定的對(duì)象、規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的條件、規(guī)定的功能和一定的故障程度。如一定的故障程度應(yīng)從定量的角度來(lái)估計(jì)功能喪失的嚴(yán)重性。通常見到的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)不起來(lái)，汽車制動(dòng)不靈，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率降低，工作機(jī)械的工作能力下降，燃料和潤(rùn)滑油的消耗量異常增加等都是機(jī)械故障的表現(xiàn)形式，當(dāng)其超出了規(guī)定的指標(biāo)，即發(fā)生了故障。8/7/2023對(duì)于故障，應(yīng)明確規(guī)定的對(duì)象、規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的條件、規(guī)定的功41二、故障的分類對(duì)故障進(jìn)行分類的目的——為了明確故障的物理概念，估計(jì)故障的影響深度，以便分門別類地找出解決機(jī)械故障的決策。機(jī)械設(shè)備的故障可從不同的角度進(jìn)行分類，我們按其性質(zhì)、原因、影響程度、故障發(fā)生時(shí)間等進(jìn)行如圖1-2的分類。在實(shí)際工作中，采用何種故障分類，主要取決于所要解決問(wèn)題的不同角度。從明確故障的責(zé)任出發(fā)，應(yīng)當(dāng)按故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類。從運(yùn)行管理和維修角度考慮，故障發(fā)生時(shí)間更為重要。8/7/2023二、故障的分類8/1/2023428/7/20238/1/2023438/7/20238/1/202344故障類別故障定義間斷性故障短期內(nèi)喪失某些功能，稍加修理調(diào)試就能恢復(fù)，不需要換零件永久性故障某些零件已損壞，需要更換或修理才能恢復(fù)早發(fā)性故障產(chǎn)品由于設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試缺陷而引起的故障突發(fā)性故障通過(guò)事前測(cè)試或監(jiān)控不能預(yù)測(cè)到的故障，其特點(diǎn)是具有偶然性和突發(fā)性漸進(jìn)性故障通過(guò)事前測(cè)試或監(jiān)控，可以預(yù)測(cè)到的故障復(fù)合型故障包括早發(fā)性、突發(fā)性、漸進(jìn)性故障的特征，故障發(fā)生的時(shí)間不定功能故障產(chǎn)品不能繼續(xù)完成自己功能的故障，可直接感受或測(cè)定潛在故障故障逐漸發(fā)展，但尚未在功能方面表現(xiàn)出來(lái)，卻又接近萌芽，能夠鑒別人為故障由于設(shè)計(jì)、制造、修理、使用、運(yùn)輸、管理等方面存在問(wèn)題，使機(jī)械喪失功能的故障8/7/2023故障類別故障定義間斷性故障短期內(nèi)喪失某些功能，稍加修理調(diào)試就45錯(cuò)用性故障不按規(guī)定的條件使用機(jī)械，而導(dǎo)致的故障先天性故障機(jī)械本身因設(shè)計(jì)、制造、選用材料不當(dāng)?shù)仍斐赡承┍∪醐h(huán)節(jié)而引發(fā)的故障自然性故障機(jī)械由于受內(nèi)外部自然因素影響引起磨損、老化、疲勞等導(dǎo)致的故障致命故障可能導(dǎo)致人身傷亡，引起機(jī)械報(bào)廢或造成重大經(jīng)濟(jì)損失的故障嚴(yán)重故障嚴(yán)重影響機(jī)械正常使用，較短的有效時(shí)間內(nèi)無(wú)法排除的故障一般故障明顯影響機(jī)械正常使用，較短的有效時(shí)間可以排除的故障輕度故障輕度影響機(jī)械正常使用，能在日常保養(yǎng)中用隨機(jī)工具輕易排除的故障完全性故障導(dǎo)致完全喪失功能故障（廣義而言，隨使用情況而定）部分性故障導(dǎo)致某些功能喪失的故障隨機(jī)故障故障發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的有規(guī)則故障故障的發(fā)生有一定規(guī)律8/7/2023錯(cuò)用性故障不按規(guī)定的條件使用機(jī)械，而導(dǎo)致的故障先天性故障機(jī)械46機(jī)械故障的產(chǎn)生是一系列過(guò)程的最終結(jié)果，從作用在機(jī)械上的能量的角度出發(fā)，我們可得出圖1-3所示的故障發(fā)生的框圖，通過(guò)它可分析研究故障發(fā)生的來(lái)龍去脈，以便為預(yù)防故障發(fā)生，制訂預(yù)防對(duì)策。8/7/2023機(jī)械故障的產(chǎn)生是一系列過(guò)程的最終結(jié)果，從作用在機(jī)械上的能量的47三、故障的量度機(jī)械的技術(shù)狀況隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸惡化，發(fā)生故障的可能性也隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，它是時(shí)間的函數(shù)。但是，故障的發(fā)生又具有隨機(jī)性。無(wú)論那一種故障都很難預(yù)料它確切的發(fā)生時(shí)間，因此故障可用概率表示。故障率的常用單位是10-4/h,10-5/h。8/7/2023三、故障的量度8/1/202348故障率——單位時(shí)間內(nèi)故障數(shù)與殘存數(shù)的比值，故障密度是單位時(shí)間內(nèi)故障數(shù)與總數(shù)的比值，A(t)比f(wàn)(t)反映故障情況更靈敏。根據(jù)不同的變化規(guī)律，故障率可分為:常數(shù)型、負(fù)指數(shù)型、正指數(shù)型和浴盆曲線型等四種類型。⑴常數(shù)型的故障率基本保持不變，是一個(gè)常數(shù)，它不隨時(shí)間變化。此時(shí)的機(jī)械設(shè)備或零部件未達(dá)到使用壽命，不易發(fā)生故障。但某種原因也會(huì)導(dǎo)致故障產(chǎn)生，且有隨機(jī)性。這是一種常見的類型。8/7/2023故障率——單位時(shí)間內(nèi)故障數(shù)與殘存數(shù)的比值，故障密度是單位時(shí)間49⑵負(fù)指數(shù)型又稱漸減型。由于使用了質(zhì)量不高的零件或制造中工藝疏忽，裝配質(zhì)量不高及設(shè)計(jì)、保管、運(yùn)輸、操作方面的原因，使機(jī)械投人使用的初期故障率很高，隨著時(shí)間推移，經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)磨合、調(diào)整，故障逐個(gè)暴露并加以排除后，故障率由高逐漸降低，并趨于穩(wěn)定，如下圖。⑶正指數(shù)型又稱漸增型。故障率曲線隨機(jī)械設(shè)備或零部件工作時(shí)間的增長(zhǎng)，磨損、腐蝕、疲勞等自然性故障逐漸增多，而呈正指數(shù)型。漸進(jìn)性故障的故障率屬于這種類型，如圖1-5c）所示。8/7/2023⑵負(fù)指數(shù)型又稱漸減型。由于使用了質(zhì)量不高的零件或制造中工藝疏50⑷浴盆曲線型是常見的一種故障率類型，曲線可劃分成早期故障期（初始故障）、隨機(jī)故障期（偶發(fā)故障）、耗損故障期（衰老故障）三個(gè)階段。早期故障期（0<t<t1）相當(dāng)于機(jī)械設(shè)備從安裝試車到磨合調(diào)整后將進(jìn)人正常工作階段，若進(jìn)行大修或技術(shù)改造后，再次使用也會(huì)出現(xiàn)這種情況。隨機(jī)故障期（t1<t<t2）在機(jī)械設(shè)備的有效壽命期內(nèi)，也是機(jī)械設(shè)備的最佳工作期。耗損故障期（t2<t<Ti）出現(xiàn)在機(jī)械使用的后期，機(jī)械設(shè)備或零部件經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，磨損嚴(yán)重，故障增多，故應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防性維修。8/7/2023⑷浴盆曲線型是常見的一種故障率類型，曲線可劃分成早期故障期（518/7/20238/1/202352第四節(jié)故障理論及故障規(guī)律一、故障理論故障理論揭示了機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它包括故障統(tǒng)計(jì)分析（故障宏觀理論）和故障物理分析（故障微觀理論）。1．故障統(tǒng)計(jì)分析從宏觀現(xiàn)象上定性和定量地描述分析機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)過(guò)程的模型、特點(diǎn)和規(guī)律性，可以對(duì)機(jī)械設(shè)備的結(jié)局做出規(guī)律性的大致描述，提供信息，反映主要故障問(wèn)題，但不能揭示事物的根本性質(zhì)。故障統(tǒng)計(jì)分析，包括故障的分類，故障分布和特征量，故障的邏輯決斷等。8/7/2023第四節(jié)故障理論及故障規(guī)律一、故障理論8/1/2023532．故障物理分析它是以機(jī)械設(shè)備在各種不同使用條件發(fā)生的各種故障為研究對(duì)象，用先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)和理論方法，從微觀和亞微觀的角度分析研究故障從發(fā)生、發(fā)展到形成的過(guò)程，故障的機(jī)理、形態(tài)、規(guī)律及影響因素。故障物理分析，包括故障機(jī)理和故障形態(tài)兩個(gè)方面。故障機(jī)理是研究機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的原因及其發(fā)展規(guī)律即劣化理論。故障機(jī)理表現(xiàn)為磨損、變形、疲勞、斷裂、腐蝕等。8/7/20232．故障物理分析它是以機(jī)械設(shè)備在各種不同使用條件發(fā)生54故障形態(tài)的研究，是把故障機(jī)理和故障分析的研究，歸結(jié)到故障的具體形態(tài)、類型和模式上。在大量統(tǒng)計(jì)和分析研究的基礎(chǔ)上，用故障單元的外部特征作為判斷故障內(nèi)在聯(lián)系的依據(jù)，具有鮮明的直覺(jué)感。故障機(jī)理和故障類型的分析是維修策略，包括維修方式、管理體制、改造和更新的決策依據(jù)，是維修技術(shù)的基礎(chǔ)理論，對(duì)維修技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展有重要的影響。8/7/2023故障形態(tài)的研究，是把故障機(jī)理和故障分析的研究，歸結(jié)到故障的具55二、故障規(guī)律（一）基本規(guī)律最常見的機(jī)械故障率隨時(shí)間變化的規(guī)律，如前故障率類型中的浴盆曲線圖1-5d)所示。機(jī)械設(shè)備在工作的初期由于設(shè)計(jì)、制造的不完善，工藝缺陷和裝配調(diào)整缺陷而故障率較高，且故障率隨時(shí)間的增加而迅速下降呈漸減型。機(jī)械經(jīng)過(guò)早期故障階段后，由于機(jī)械使用環(huán)境的偶然變化、操作時(shí)的人為差錯(cuò)、管理不善造成的“潛在缺陷”、維護(hù)不良、零部件缺陷等均可造成機(jī)分布的偶發(fā)故障，因此，隨機(jī)故障期內(nèi)的故障率低而穩(wěn)定，近似為常數(shù)。8/7/2023二、故障規(guī)律8/1/202356這一階段是機(jī)械最佳工作時(shí)期，機(jī)械的使用壽命基本上由此階段決定。在機(jī)械使用后期，由于機(jī)械中的主要零部件的各種磨損、疲勞、老化、蝕損等的累積達(dá)到一定程度，機(jī)械的故障率便隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加不斷增大，且上升越來(lái)越快，呈漸增型，機(jī)械進(jìn)人耗損故障階段。當(dāng)然并不是所有機(jī)械設(shè)備都具有以上三個(gè)故障期，不少機(jī)械只有其中一個(gè)或兩個(gè)故障期，如有些沒(méi)有早期故障期，有些則達(dá)不到耗損故障期。8/7/2023這一階段是機(jī)械最佳工作時(shí)期，機(jī)械的使用壽命基本上由此階段決定57（二）故障模式故障必定表現(xiàn)為一定的物質(zhì)狀況及特征，它們反映出物理的、化學(xué)的異?，F(xiàn)象，這些物質(zhì)狀況及特征稱為故障模式。常見的故障模式按以下幾方面進(jìn)行歸納：(1)屬于機(jī)械零部件材料性能方面的故障：包括疲勞、斷裂、裂紋、蠕變、變形、材質(zhì)劣化等；(2）屬于化學(xué)、物理狀況異常方面的故障：包括腐蝕、油質(zhì)劣化、絕緣絕熱劣化，導(dǎo)電導(dǎo)熱劣化、溶融、蒸發(fā)等；(3)屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方面的故障；包括振動(dòng)、滲漏、堵塞、異常噪聲等；(4)多種原因的綜合表現(xiàn)：如磨損等。此外，還有配合件的間隙增大或過(guò)盈喪失，固定和緊固裝置松動(dòng)與失效等。8/7/2023（二）故障模式8/1/202358故障模式舉例表1-3序號(hào)名稱模式1軸承彎曲、咬合、堵塞、開裂、壓痕、卡住、潤(rùn)滑作用下降、凹痕、刻痕、擦傷、粘附、振動(dòng)、磨損等2齒輪咬合、破碎、移位、卡住、噪聲、折斷、磨損等3密封裝置破碎、開裂、老化、變形、損壞、漏泄、破裂、磨損、其他等8/7/2023故障模式舉例表1-3序號(hào)名稱模式1軸承彎曲、咬合、堵塞、開裂59序號(hào)名稱模式4液壓系統(tǒng)液壓缸爬行、外泄漏、內(nèi)泄漏、聲響與噪聲、沖擊、推力不足、運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)、速度下降等油泵無(wú)壓力、壓力流量均提不高、噪聲大、發(fā)熱嚴(yán)重、旋轉(zhuǎn)不靈活、振動(dòng)、沖擊等電磁換向閥滑閥不能移動(dòng)、電磁鐵線圈燒壞、電磁鐵線圈漏電、不換向等5機(jī)械系統(tǒng)(1)系統(tǒng)不能起動(dòng)或在運(yùn)行中停止運(yùn)動(dòng)；(2)系統(tǒng)失速或空轉(zhuǎn)；(3)系統(tǒng)失去負(fù)載能力或負(fù)載乏力；(4）系統(tǒng)控制失靈；(5）系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重；(6）系統(tǒng)振動(dòng)劇烈、噪聲異常；(7)某些零部件斷裂、燒損、過(guò)量變形；(8）其他8/7/2023名稱模式4液液壓缸爬行、外泄漏、內(nèi)泄漏、聲響與噪聲、沖擊、推60（三）故障的影響因素機(jī)械設(shè)計(jì)制造、使用及維修中，影響零部件參數(shù)值變化速率的因素有以下幾個(gè)方面：1)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)機(jī)械未來(lái)的工作條件有準(zhǔn)確估計(jì)，對(duì)可能出現(xiàn)的變異有充分考慮。設(shè)計(jì)方案不完善、設(shè)計(jì)圖樣和技術(shù)文件的審查不嚴(yán)是產(chǎn)生故障的重要原因。2)材料選擇在設(shè)計(jì)，制造和維修中，都要根據(jù)零件工作的性質(zhì)和特點(diǎn)正確選用材料。材料選用不當(dāng)或材料不符合規(guī)定，或選用了不適當(dāng)?shù)拇闷肥钱a(chǎn)生磨損、腐蝕