第一章 機(jī)械設(shè)備的老化與故障理論1

工程機(jī)械維修9/27/2023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9/27/2023

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)。9/27/2023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。9/27/2023Ⅱ、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9/27/2023Ⅲ、本課程學(xué)習(xí)要求及成績(jī)?cè)u(píng)定1．考核方式：考試；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9/27/2023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％）。9/27/2023第一章機(jī)械設(shè)備的老化與故障

理論9/27/2023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)械故障理論概述第四節(jié)故障理論及故障規(guī)律9/27/2023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)9/27/2023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.9/27/2023一、老化的分類9/27/2023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。（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。㈢9/27/2023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。9/27/2023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)。9/27/2023②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。9/27/2023

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。9/27/2023（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。9/27/2023(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。9/27/2023二、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。9/27/2023

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。9/27/2023（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。9/27/20232．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。9/27/20233．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??；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。9/27/2023（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。9/27/2023（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。9/27/2023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。9/27/2023

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。9/27/2023（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。9/27/2023（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。

9/27/2023（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)。9/27/2023二、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9/27/2023零件表面磨損磨損（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。9/27/2023三、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a(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。9/27/20239/27/20239/27/20239/27/20239/27/2023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。9/27/2023一、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)”。9/27/2023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(jiàn)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。9/27/2023二、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