第1章-机械零件失效理论-讲话稿.docx

第1章 机械零件失效理论（讲稿） PAGE27 / NUMPAGES27 第1章 机械零件失效理论 第1节 机械故障原因 1 故障定义 就是指机械系统（零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合），因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。 如：通常见到的发动机发动不起来，机床运转不平稳，汽车刹车失灵等等现象都是机械故障的表现形式，如图1-1所示。 图1-1 机械故障 2 机械故障分类 机械故障可以从不同角度来进行分类，是为了更好地针对不同的故障形式采取相应的对策，以下是各种故障分类方法。 2.1 按故障形成的时间规律分类 2.1.1 渐发性故障 渐发性故障是由于某些损伤过程的发展，导致机械设备初始参数的劣化而造成，故亦称磨损故障。 大部分机器的故障都属于这类故障，如图1-2所示。 图1-2 轮胎磨损故障 2.1.2突发性故障 突发性故障的产生是各种不利因素和偶然的外界影响共同作用的结果。这种作用已超出了机器设备所能承受的限度，故障往往经过某一时间间隔后发生，时间是个随机变量。 这类故障的例子如：因润滑油受阻中断而使轴瓦烧损，因机器使用不当或出现超负荷现象而引起的零件折断,这种故障往往突然发生，事先并无任何征兆，如图1-3所示。 图1-3 轮齿折断 渐发性故障和突发性故障的区别在于：在给定的时间内，故障率与产品已使用的时间有无关系 2.1.3 复合型故障 它兼有上述二类故障的特性。 例如：由于在零件内部存在着应力集中（比如曲轴圆角不合要求），当受到外界对机器的冲击作用后，出现疲劳裂纹的根源属于突发特性，随着机器的继续使用，裂纹逐渐发展属于渐发特性，最后导致零件的断裂，如图1-4所示。 图1-4 曲轴圆角应力集中区 2.2按故障的因果关系分类 由于故障所处的不合格状态，可以是某一产品完全丧失了其设计功能，也可以是某种显露即将丧失功能的迹象。 2.2.1功能故障（Functional Failure） 功能故障是指一个产品不能满足规定性能标准的现象。 完全丧失功能显然是功能故障，如内燃机不能发动，油泵不能供油等。但一个机件工作不能达到规定的性能水平也属于功能故障，例如汽车制动力不足，如图1-5所示。 图1-5 功能故障 2.2.2潜在故障（Potential Failure） 功能故障一经定义，则某种能指示功能故障即将发生的实际状态往往就能鉴别出来，而这种可以被鉴别的状态即为潜在故障。 根据这一状态，可以在达到功能故障点之前把有问题的机件换掉。 因此，潜在故障是一种指示功能故障即将发生的可以鉴别的实际状态。例如内燃机主油道压力低于某一规定数值时，即说明可能会因缺油而导致烧瓦，使内燃机发生停止运转的功能故障，如图1-6所示。 图1-6 油泵压力不足 由于潜在故障与功能故障之间，往往存在着某些因果关系，因此我们便可以利用潜在故障来防止功能故障的发生。 可鉴别潜在故障的存在已成为现代维修理论的一个重要方面，它使机件有可能在不发生功能故障的前提下得到最大限度的利用，并成为机器技术诊断和监控的基础。 3 故障原因 机器故障的物理成因，可以归咎于结构因素的破坏，进而溯源于作用在这些结构上的能量因素。 3.1机械结构因素 机械故障物理成因从结构上可以归纳成下列三个方面。 3.1.1连接件配合性质的破坏 这种配合的破坏表现在动配合件间隙的增大和静配合件的减弱。例如，内燃机曲轴轴承及轴颈配合工作面的磨损，如图1-7所示。 图1-7 配合性质破坏 连接件配合性质的破坏是机器在使用中出现故障的基本原因之一。 3.1.2零件间相互位置关系破坏 机器在使用中，由于零件的磨损或变形，导致零件本身各工作面之间或不同零件之间相互位置关系的破坏，而出现故障。 例如，内燃机连杆在冲击载荷作用下，发生弯曲变形，如图1-8所示。 机器维修中，对基础件的检查与修理是一项不可忽视的内容。 3.1.3机构工作协调性破坏 机器是由若干总成组成，整机的正常运转，需要各总成和总成中的各机构按一定的规律和关系准确无误地协调工作。 例如，配气机构、点火正时、喷油正时，如图1-9所示。 图1-9 配气机构 因此，调整工作便成为机器维修工作中的一项必不可少的内容。 3.2导致结构因素改变的能量因素 零件出现缺陷是机器故障的总根源。而零件缺陷的根本原因则是能量因素的作用。 这种能量来自以下几个方面： 周围介质能量的作用，包括执行任务的操作和维修工人的作用。 与机器运行以及各机构工作有关的内部能量，如工作中出现的热能等。 在制造或修理中，集聚在机器材料和零部件内的潜伏能量，如铸件内应力和装配、加工所造成的内应力。 由此可以看出造成机器故障的能量因素贯穿在机器制造、使用、维修的全过程。 第2节 机械可靠性