第1章机电设备维修的基础知识

第1章机电设备维修的基础知识内容摘要：

1)在设计上，力求结构简单、传动链短、零件数少、调整环节少且简便、联接可靠。 2）尽可能采用独立的结构单元，分离方便，整个单元能迅速更换，有利于提高维修性，保证维修质量。 3）设法提高系统中最低可靠度零件的可靠度。 4）尽量选用可靠度高的标准件。 5）避免采用容易出现疏忽、维护和操作错误的结构。 6）结构布置要能直接检查和修理，如油画指示器位置应便于观察油面；要设置检查孔等。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 7）合理规定维修期，维修期过长，可靠度下降，如润滑油变质、配合间隙过大。 8）必要时增加备用系统，如双列滚动轴承，重要的液体动压滑动轴承备有两套系统。 9）设置监测系统 ,及时报警故障 ,如进行温度监测、微裂纹监测。 10) 增加过载保护装置和自动停机装置。 （ 2）根据可靠性规律制定相应的维修制度 故障率呈正指数型的机械设备有明显的耗损故障期，应在它到来之前及时进行维修，这就是维修行业历来采用的定期检修制。 没有耗损故障期的机械设备，不仅没有必要定期检修，而且每次检修后出现早期故障反而降低了可靠性，像飞机这样的可修复的复杂系统没有耗损故障，因此不用定期检修。 故障率呈常数型的机械设备，其可靠性只受随机因素影响，定期检修不能预防随机故障。 通过分析随机因素，尽量减少随机因素的发生概率或采用并联系统，就能够避免故障的产生。 返 回 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 机械零件失效形式及其对策 在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。 当机械设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。 机器故障和机械零件的失效密不可分。 机械设备类型很多，其运行工况和环境条件差异很大。 机械零件失效模式也很多，主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四种普通的、有代表性的失效模式。 零件的磨损及其对策 相接触的物体相互移动时发生阻力的现象称为摩擦。 相对运动的零件的摩擦表面发生尺寸、形状和表面质量变化的现象称为 磨损。 摩擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦的必然结果，两者均发生于材料表面。 摩擦与磨损相伴产生，造成机械零件的失效。 当机械零件配合面产生的磨损超过一定限度时，会引起配合性质的改变，使间隙加大、润滑条件变坏，产生冲击，磨损就会变得越来越严重，在这种情况下极易发生事故。 一般机械设备中约有 80%的零件因磨损而失效报废。 据估计，世界上的能源消耗约有 30%~50%是由于摩擦和磨损造成的。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 磨损过程 以摩擦副为主要零件的机械设备 ,在正常运转时 ,机械或零部件的磨损过程一般可分为磨合（跑合）阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段 ,如图 18所示。 1） 磨合阶段 如图中的OA线段，又称跑合阶段。 2） 稳定磨损阶段 经过磨合阶段，摩擦副表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹性接触条件。 0 A B 时间 磨 损 量 剧烈磨损阶段 稳定磨损阶段 磨合阶段 图 机械磨损过程 3） 剧烈磨损阶段 经过 B点以后，由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速升高，金属组织发生变化，间隙变得过大，冲击增大，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，机械效率下降、精度降低等，从而导致零件失效，机械设备无法正常运转。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 磨损类型及磨损机理 按摩擦表面破坏的机理和特征不同，磨损可分为以下几种类型：粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损。 粘着磨损 粘着磨损又称为粘附磨损，是指当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发生相对运动时，由于粘着作用，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面所引起的磨损。 根据零件摩擦表面的破坏程度，粘着磨损可分为轻微磨损、涂抹、檫伤、撕脱和咬死等五类。 粘着磨损机理：在载荷和相对运动作用下，两接触点间重复产生 “ 粘着 —剪断 — 再粘着 ” 的循环过程，使摩擦表面温度显著升高，油膜破坏，严重时表层金属局部软化或熔化，接触点产生进一步粘着。 磨料磨损 磨料磨损也称为磨粒磨损，它是当摩擦副的接触表面之间存在着硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损。 根据摩擦表面所受的应力和冲击的不同，磨料磨损的形式可分为錾削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式三类。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 磨料磨损的机理：属于磨料颗粒的机械作用，磨料的来源有外界砂尘、切屑侵入，流体带入、表面磨损产物、材料组织的表面硬点及夹杂物等。 目前，关于磨料磨损机理有四种假说： （ 1）微量切削 （ 2）压痕破坏 （ 3）疲劳破坏 （ 4）断裂 疲劳磨损 疲劳磨损是摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的一种磨损。 疲劳磨损机理：疲劳磨损的过程就是裂纹产生和扩展的破坏过程。 根据裂纹产生的位置，疲劳磨损的机理有两种情况： （ 1）滚动接触疲劳磨损 （ 2）滚滑接触疲劳磨损 疲劳磨损分类 （ 1）非扩展性疲劳磨损 （ 2）扩展性疲劳磨损 根据摩擦表层发生的现象，可以认为疲劳磨损过程是由三个发展阶段组成，表面的相互作用；在摩擦力影响下，接触材料表层性质的变化；表面的破坏和磨损微粒的脱离。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 由于其腐蚀本身可能是化学的或电化学的性质，故腐蚀磨损的速度与介质的腐蚀性质和作用温度有关，也与相互摩擦的两个金属形成的电化学腐蚀的电位差有关。 介质腐蚀性越强，作用温度越高，腐蚀磨损速度越快。 腐蚀磨损 在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，引起金属表面的腐蚀剥落，这种现象称为腐蚀磨损。 它是在腐蚀磨损与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。 因此，腐蚀磨损的机理与前述三种磨损的机理不同。 腐蚀磨损是一种极为复杂的磨损过程，经常发生在高温或潮湿的环境下，更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质的条件下。 按腐蚀介质的不同类型，腐蚀磨损可分为氧化磨损和特殊介质下的腐蚀磨损两大类 （ 1）氧化磨损 （ 2）特殊介质下的腐蚀磨损 微动磨损 两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损称为微动磨损。 它产生于相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 微动磨损的最大特点是：在外界变动载荷作用下，产生振幅很小（小于100μ m，一般为 2～ 20μ m）的相对运动，由此发生摩擦磨损。 例如在键联接处、过盈配合处、螺栓联接处、铆钉联接接头处等结合上产生的磨损。 微动磨损使配合精度下降，过盈配合部件结合紧度下降甚至松动，联接件松动乃至分离，严重者引起事故。 微动磨损还易引起应力集中，导致联接件疲劳断裂。 微动磨损是一种兼有磨料磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损形式。 三、防止或减少磨损的对策 根据磨损的理论研究，结合生产实践经验，防止或减少磨损的方法与途径有以下几方面。 润滑 正确选择材料 进行表面处理 合理的结构设计 改善工作条 提高修复质量 正确使用和维护。 对于几种基本的磨损类型，防止或减少磨损的方法与途径见表 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 表 防止或减少磨损的方法与途径 磨损类型 防止或减少磨损的方法与途径 粘着磨损 ，如适当选用脆性材料、互溶性小的材料、多相金属等； ，保证摩擦面间形成流体润滑状态； ； 磨粒磨损 ； ； ，采用相应的表面处理工艺； ； 疲劳磨损 ； ，消除残余内应力； ； 腐蚀磨损 氧化磨损 ，应控制其滑动速度，反之则应控制接触载荷； ，保证氧化膜不受破坏； ，并适量加入中性极压添加剂； 特殊介质腐蚀磨损 ，形成化学结合力较高、结构致密的钝化膜； ； ； 微动磨损 ，加工和装配工艺； ； ； ； 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 零件的变形及其对策 机械零件或构件在外力的作用下，产生形状或尺寸变化的现象称为变形。 过量的变形是机械失效的重要类型，也是判断韧性断裂的明显征兆。 机械零件或构件的变形可分为弹性变形和塑性变形两大类。 1）弹性变形 2）塑性变形 3）防止和减少机械零件变形的对策 变形是不可避免的，我们可从下列四个方面采取相应的对策防止和减少机械零件变形。 （ 1）设计方面 1）正确选用材料，注意工艺性能。 2）合理布置零件，改善零件的受力状况。 3）在设计中，注意应用新技术、新工艺和新材料，减少制造时的内应力和变形。 （ 2）制造方面 在制定毛坯制造工艺时，要重视变形的问题，采取各种工艺措施，以减少毛坯的残余应力。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 在制定零件机械加工工艺规程中，均要在工序、工步的安排上，工艺装备和操作上采取减少变形的工艺措施。 在加工和修理过程中要减少基准的转换，保留加工基准给维修时使用，减少维修加工中因基准不统一而造成的误差。 使最终变形量符合要求，达到减少变形的目的。 （ 3）修理方面 在修理中，既要满足恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等技术要求，还要检查和修复主要零件的形状、位置误差。 （ 4）使用方面 加强设备管理，制定并严格执行操作规程，加强机械设备的检查和维护，不超负荷运行，避免局部超载或过热等。 零件的断裂及其对策 断裂是零件在机械、热、磁、腐蚀等单独作用或者联合作用下，其本身连续性遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部分的现象。 尽管与磨损、变形相比，机械零件因断裂而失效的机会很少，但机械零件的断裂往往会造成严重的机械事故，产生严重的后果，是一种最危险的失效形式。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 二、减少或消除机械零件断裂的对策 1．设计 在金属结构设计上要合理 ,尽可能减少或避免应力集中 ,合理选择材料。 2．工艺 采用合理的工艺的结构 ,注意消除残余应力 ,严格控制热处理工艺。 3．使用 按设备说明书操作、使用机电设备 ,严格杜绝超载使用机电设备。 机械故障诊断技术概论 设备出现故障后，使某些特性改变，产生能量、力、热及摩擦等各种物理和化学参数的变化，发出各种不同的信息。 捕捉这些变化的征兆，检测变化的信号及规律，从而判定故障发生的部位、性质、大小，分析原因和异常情况，预报未来，判别损坏情况，作出决策，消除故障隐患，防止事故的发生，这就是故障诊断。 故障诊断技术是维修制度改革 —— 将 计划预防维修 变为 视情维修的技术基础，具有巨大的经济价值。 目前，故障诊断技术的重要性已提到维修技术的里程碑的高度来认识，并大力开展故障诊断技术的开发工作。 机电设备故障诊断与维修 《 机电设备故障诊断与维修 》 一、机械故障诊断技术的内容和目的 对设备的诊断有不同的技术手段，较为常用的有振动监测与诊断、噪音监测、温度监测与诊断、油液诊断、无损探伤技术等。 设备诊断技术尽管很多，但基本上离不开信息的采集，信息的分析处理，状况的识别、诊断、预测和决策三个环节。 机械设备状态监测及诊断技术的主要工作内容是： （ 1）保证机械运转状态在设计的范围内。 （ 2）随时报告运行状态。