机电设备故障诊断技术毕业论文

机电设备故障诊断技术毕业论文内容摘要：

形成的氧化膜厚度非常小，例如铁的氧化膜厚度为 1～ 3mm，铜的氧化膜厚度约为 5nm。 但是，氧化膜的生成速度随时间而变化。 (2)控制氧化膜的性质金属表面形成的氧化膜的性质对氧化磨损有重要影响。 若氧化膜紧密、完整无孔，与金属表面基体结合牢固，则有利于防止金属表面氧化；若氧化膜本身性 脆 ， 与金属表面基体结合差，则容易被磨掉。 例如铝的氧化膜是硬脆的，在无摩擦 时，其保护作用大，但在摩擦时其保护作用很小。 低温下，铁的氧化物是紧密的，与基体结合牢固，但在高温下，随着厚度增大，内应力也增大，将导致膜层开裂、脱落。 (3)控制硬度 当金属表面氧化膜硬度远大于与其结合的基体金属的硬度时，在摩擦过程中，即使在小的载荷作用下，也易破碎和磨损；当两者相近时，在小载荷、小变形条件下，因两者变形相近， 故氧化膜不易脱落；但若受大载荷作用而产生大变形时，氧化膜也易破碎。 最有利的情况是氧化膜硬度和基体硬度都很高，在载荷作用下变形小，氧化膜不易破碎，耐磨性好，例如镀硬铬时，其硬度为 900HBS 左右，铬的氧化膜硬度也很高，所以镀硬铬得到 广泛应用。 然而，大多数金属氧化物都比原金属硬而脆，厚度又很小，故对摩擦表面的保护作用很有限。 但在不引起氧化膜破裂的工况下， 表面的氧化膜层有防止金属之间粘着的作用， 因而有利于抗粘着磨损。 2．特殊介质下的腐蚀磨损 特殊介质下的腐蚀磨损是摩擦副表面金属材料与酸、 碱、 盐等介质作用生成的各种化合物，在摩擦过程中不断被磨掉的磨损过程。 其机理与氧化磨损相似，但磨损速度较快。 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。 减少或消除特殊介质下的腐蚀磨损的对策主要有： 1)使摩擦表面受腐蚀时能生成一层结构紧密且与金属基体结合牢固 、 阻碍腐蚀继续发生或使腐蚀速度减缓的保护膜，可使腐蚀磨损速度减小。 2)控制机械零件或构件所处的应力状态，因为这对腐蚀影响很大。 当机械零件受到重复应力作用时，所产生的腐蚀速度比不受应力时快得多。 （ 5）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。 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 100ūm，一般为 2～ 20ūm)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， 严重者会引起事故。 微动磨损还易引起应力集中，导致联接件疲劳断裂。 1．微动磨损的机理 由于微动磨损集中在局部范围内，同时两个摩擦表面永远不脱离接触，磨损产物不易往外排除，磨屑在摩擦表面 起着磨料的作用；又因摩擦表面之间的压力使表面凸起部分粘着，粘着处被外界小振幅引起的摆动所剪切，剪切处表面又被氧化，所以微动磨损兼有粘着磨损和氧化磨损的作用。 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。 2．减少或消除微动磨损的对策 实践与试验表明，外界条件 (如载荷、振幅、温度、润滑等 )及材质对微动磨损影响相当大，因而，减少或消除微动磨损的对策主要有以下几个方面： (1)载荷 在一定条件下，随着载荷增大，微动磨损量将增加，但是当超过某临界载荷之后，微动磨损量将减小。 采用超过临界载荷的紧 固方式可有效减少微动磨损。 (2)振幅 当振幅较小时，单位磨损率较小；当振幅超过 50～ 150um 时，单位磨损率显著上升。 因此，应有效地将振幅控制在 30um 以内。 (3)温度低碳钢，在 0 以上时，微动磨损量随温度上升而逐渐降低；在 150。 C～ 200。 C 时，江西工业工程职业技术学院毕业论文 第 8 页 共 23 页 微动磨损量突然降低；继续升高温度，微动磨损量上升；温度从 135。 C 升高到 400。 C 时，微动磨损量增加 15 倍。 中碳钢，在其他条件不变、温度为 130。 C 时，微动磨损量发生转折；超过此温度，微动磨损量大幅度降低。 (4)润滑 用 粘度大、抗剪切强度高的润滑脂有一定效果，固体润滑剂 (如 MoS PTFE 等 )效果更好。 而普通的液体润滑剂对防止微动磨损效果不佳。 (5)材质性能提高硬度及选择适当材料配副都可以减小微动磨损。 将一般碳钢表面硬度从 180HV 提高到 700HV 时，微动磨损量可降低 50％。 一般来说，抗粘着性能好的材料配副对抗微动磨损也好。 采用表面处理 (如硫化或磷化处理以及镀上金属镀层 )是降低微动磨损的有效措施。 机械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。 例如，各类传动轴的弯曲变形；桥式起重机主梁在变形下挠曲或扭曲；汽车大梁的扭曲变形；弹簧的变形等。 变形量随着时间的不断增加，逐渐改变了产品的初始参数，当超过允许极限时，将丧失规定的功能。 有的机械零件因变形引起结合零件出现附加载荷、相互关系失常或加速磨损， 甚至造成断裂等灾难性 后果。 根据外力去除后变形能否恢复，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 金属零件在作用应力小于材料屈服强度时产生的变形称为弹性变形。 弹性变形 的特点是： 1)当外力去除后，零件变形消除，恢复原状。 2)材料弹性变形时，应变与应力成正比，其比值称为弹性模量，它表示材料对弹性变形的阻力。 在其他条件相同时，材料的弹性模量越高，由这种材料制成的机械零件或构件的刚度便越高，在受到外力作用时保持其固有的尺寸和形状的能力就越强。 3)弹性变形量很小，一般不超过材料原长度的 0． 1％～ ％。 在金属零件使用过程中，若产生超量弹性变形 (超量弹性变形是指超过设计允许的弹性变形 )，则会影响零件正常工作。 例如，当传动轴工作时，超量弹性变形会引起轴上齿轮啮合状 况恶化，影响齿轮和支承它的滚动轴承的工作寿命；机床导轨或主轴超量弹性变形，会引起加工精度降低甚至不能满足加工精度。 因此，在机械设备运行中，防止超量弹性变形是十分必要的。 除了正确设计外，正确使用十分重要，应严防超载运行，注意运行温度规范，防止热变形等。 2．塑性变形 塑性变形又称为永久变形，是指机械零件在外加载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形。 金属零件的塑性变形从宏观形貌特征上看，主要有翘曲变形、体积变形和时效变形三种形式。 (1)翘曲变形 当金属零件本身受到某种应力 (例如机械应力、热应力或组织应力 等 )的作用， 其实际应力值超过了金属在该状态下的拉伸屈服强度或压缩屈服强度后， 就会产生呈翘曲、椭圆或歪扭的塑性变形。 因此，金属零件产生翘曲变形是它自身受复杂应力综合作用的结果。 翘曲变形常见于细长轴类、薄板状零件以及薄壁的环形和套类零件。 (2)体积变形 金属零件在受热与冷却过程中，由于金相组织转变引起比容变化，导致金属零件体积胀缩的现象称为体积变形。 例如，钢件淬火相变时，奥氏体转变为马氏体或下贝氏体时比容增大，体积膨胀，淬火相变后残留奥氏体的比容减小，体积收缩。 马氏体形成时的体积变化程度，与淬火相变时马氏体中的含碳量有关。 钢件中含碳量越多，形成马氏体时的比容变化越大，膨胀量也越大。 此外，钢中碳化物不均匀分布往往会增大变形程度。 (3)时效变形钢件热处理后产生不稳定组织，由此引起的内应力处于不稳定状态；铸件在铸造过程中形成的铸造内应力也处于不稳定状态。 在常温下较长时间的放置或使用，不稳定状态的应力会逐渐发生转变，并趋于稳定，由此伴随产生的变形称为时效变形。 塑性变形导致机械零件各部分尺寸和外形的变化，将引起一系列不良后果。 例如，机床主轴塑性弯曲，将不能保证加工精度，导致废品率增大，甚至使主 轴不能工作。 零件的局部塑性变形虽然不像零件的整体塑性变形那样引起明显失效，但也是引起零件失效的重要形式。 如键联接、花键联接、挡块和销钉等，由于静压力作用，通常会引起配合的一方或双方的接触表面挤压 (局部塑性变形 )， 随着挤压变形的增大， 特别是那些能够反向 运动的零件将引起冲击，使原配合关系破坏的过程加剧，从而导致机械零件失效。 江西工业工程职业技术学院毕业论文 第 9 页 共 23 页 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 设计时不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度 和制造、装配、使用、拆卸、修理等问题。 1)正确选用材料，注意工艺性能。 如铸造的流动性、收缩性；锻造的可锻性、冷镦性；焊接的冷裂、热裂倾向性；机加工的可切削性；热处理的淬透性、冷脆性等。 2)合理布置零件，选择适当的结构尺寸。 如避免尖角，棱角改为圆角、倒角；厚薄悬殊的部分可开工艺孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔改为通孔等。 形状复杂的零件在可能条件下采用组合结构、镶拼结构，改善受力状况。 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)加工 在加工中要采取一系 列工艺措施来防止和减少变形。 对毛坯要进行时效以消除其残余内应力。 时效有自然时效和人工时效两种。 自然时效，可以将生产出来的毛坯在露天存放 1～ 2 年，这是因为毛坯材料的内应力有在 12～ 20 个月逐渐消失的特点，其时效效果最佳；缺点是时效周期太长。 人工时效可使毛坯通过高温退火、保温缓冷而消除内应力。 也可利用振动作用来进行人工时效。 高精度零件在精加工过程中必须安排人工时效。 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。 例如，粗精加工分开的原则，在粗精加工中间 留出一段存放时间。 以利于消除内应力。 机械零件在加工和修理过程中要减少基准的转换，保留加工基准留给维修时使用，减少维修加工中因基准不统一而造成的误差。 对于经过热处理的零件来说，注意预留加工余量、调整加工尺寸、预加变形，这是非常必要的。 在知道零件的变形规律之后，可预先加以反向变形量，经热处理后两者抵消；也可预加应力或控制应力的产生和变化，使最终变形量符合要求，达到减少变形的目的。 (3)修理 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。 为了尽量减 少零件在修理中产生的应力和变形，应当制定出与变形有关的标准和修理规范，设计简单可靠、好用的专用量具和工夹具，同时注意大力推广 “三新 ”技术，特别是新的修复技术，如刷镀、粘接等。 (4)使用 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。 机械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。 机械零件断裂后不仅完全丧失工作能力，而且还可能造成重大的经济损失或伤 亡事故。 尤其是现代机械设备日益向着大功率、高转速的趋势发展，机械零件断裂失效的几率有所提高。 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。 机械零件的断裂一般可分为延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和环境断裂四种形式。 1．延性断裂 延性断裂又称为塑性断裂或韧性断裂。 当外力引起的应力超过抗拉强度时发生塑性变形后造成断裂就称为延性断裂。 延性断裂的宏观特点是断裂前有明显的塑性变形，常出现“缩 颈 ”现象。 延性断裂断口形貌的微观 特点是断面有大量韧窝 (即微坑 )覆盖。 延性断裂实际上 是显微空洞形成、长大、连接以致最终导致断裂的一种破坏方式。 2．脆性断裂 金属零件或构件在断裂之前无明显的塑性变形，发展速度极快的一类断裂叫脆性断裂。 它通常在没有预示信号的情况下突然发生，是一种极危险的断裂形式。 3．疲劳断裂 机械设备中的许多零件，如轴、齿轮、凸轮等，都是在交变应力作用下工作的。 它们工作时所承受的应力一般都低于材料的屈服强度或抗拉强度，按静强度设计的标准是安全的。 但在实际生产中，在重复及交变载荷的长期作用下，机械零件或构件仍然会发 生断裂，这种现象称为疲劳断裂，它是一种普通而严重的失效形式。 在机械零件的断裂失效中，疲劳断裂占很大的比重，约为 80％～ 90％。 疲劳断裂的类型很多，根据循环次数的多少可分为高周疲劳和低周疲劳两种类型。 江西工业工程职业技术学院毕业论文 第 10 页 共 23 页 高周疲劳通常简称为疲劳，又称为应力疲劳，是指机械零件断裂前在低应力 (低于材料的屈服强度甚至弹性极限 )下，所经历的应力循环周次数多 (一般大于 105 次 )的疲劳，是 一 种常见的疲劳破坏。 如曲轴、汽车后桥半轴、弹簧等零部件的失效一般均属于高周疲劳破坏。 低周疲劳又称为应变疲劳。 低周疲劳的特点是承受的交变应力很 高，一般接近或超过材料的屈服强度，因此每一次应力循环都有少量的塑性变形，而断裂前所经历的循环周次较少，一般只有 102～ 105 次，寿命短。 4．环境断裂 环境。