第一章机电设备故障及零部件失效机理

1、2021-11-121第一章第一章 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理2021-11-122第一节第一节 概概 述述 研究故障的目的：研究故障的目的： 查明故障模式，追寻故障机理，探求减查明故障模式，追寻故障机理，探求减小故障的方法，提高机电设备的可靠程度小故障的方法，提高机电设备的可靠程度和有效利用率。和有效利用率。 故障的含义：故障的含义： A A 机械系统偏离正常功能；机械系统偏离正常功能； B B 功能失效。功能失效。2021-11-123故障的分类：故障的分类： 按故障性质：间歇性故障按故障性质：间歇性故障 永久性故障永久性故障 按故障程度：局部性故障按故障程度

2、：局部性故障 整体性故障整体性故障 按故障形成速度：突发性故障按故障形成速度：突发性故障 缓变性故障缓变性故障 按故障形成的原因：操作或管理按故障形成的原因：操作或管理失误形成失误形成 的原因；自然原因的原因；自然原因 按故障造成的后果：致命故障按故障造成的后果：致命故障 严重故障严重故障 般故障般故障 2021-11-124故障的规律故障的规律以电动车为例说明2021-11-125第二节第二节 机械零件的磨损机械零件的磨损2021-11-126 磨料磨损又称磨粒磨损。它是当摩擦副的接触表面之间存在这硬质磨料磨损又称磨粒磨损。它是当摩擦副的接触表面之间存在这硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度

3、比另一方的硬度大得多时，所产生的颗粒，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，其特征是在接触表面上有明显的切削痕迹。一种类似金属切削过程的磨损，其特征是在接触表面上有明显的切削痕迹。2. 磨料磨损的分类磨料磨损的形式可分为三类，如表所示：1. 磨料磨损的机理（1）微量切削（2）疲劳破坏（3）压痕破坏（4）断裂一、磨料磨损一、磨料磨损 通常将磨损分为磨料磨损、疲劳磨损、粘着磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种形式。2021-11-1272021-11-1282021-11-1293. 3. 影响磨料磨损的因素影响磨料磨损的因素 由于磨料模塑主要是由磨料颗粒与

4、摩擦表面的机械作用而引起的，而影由于磨料模塑主要是由磨料颗粒与摩擦表面的机械作用而引起的，而影 响它的因素也就取决于这两方面。响它的因素也就取决于这两方面。（1 1）磨料）磨料 磨料磨损与磨料的相对硬度、形状、大小有密切关系。磨料磨损与磨料的相对硬度、形状、大小有密切关系。（2 2）摩擦表面材料）摩擦表面材料 摩擦表面材料的显微组织，力学性能如硬度、断裂摩擦表面材料的显微组织，力学性能如硬度、断裂 韧度、弹性模量等，与磨料磨损也有很大的关系。韧度、弹性模量等，与磨料磨损也有很大的关系。2021-11-1210二、疲劳磨损二、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

5、，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的一种磨损。1. 疲劳磨损机理按裂纹产生的位置，疲劳磨损的机理有两种情况：(1)滚动接触疲劳磨损 （2）滑动接触疲劳磨损2021-11-12113. 3. 影响接触疲劳磨损的主要因素：影响接触疲劳磨损的主要因素：（1 1）材质）材质（2 2）接触表面粗糙度）接触表面粗糙度（3 3）表面残余内应力）表面残余内应力 （4 4）其他因素）其他因素2. 2. 疲劳磨损的分类：疲劳磨损的分类：（1 1）非扩展性疲劳磨损）非扩展性疲劳磨损（2 2）扩展性疲劳磨损）扩展性疲劳磨损 一般轴承钢和钢制齿轮抗疲劳磨损的最佳硬度值一般轴承钢和钢制齿轮抗疲劳磨损的最佳硬度值为为60HR

6、C60HRC。常用的硬度表示方法有哪些呢？常用的硬度表示方法有哪些呢？2021-11-1212附加知识点：附加知识点： 硬度常用的表示方法有：硬度常用的表示方法有：布氏（布氏（HBHB）洛氏（洛氏（HRCHRC） 维氏（维氏（HVHV） 里氏（里氏（HLHL） 工程上洛氏硬度较常用工程上洛氏硬度较常用 残余压应力可通过表面残余压应力可通过表面渗碳渗碳、淬火、表面喷、淬火、表面喷丸、滚压处理等工艺方法获得。丸、滚压处理等工艺方法获得。2021-11-1213三、粘着磨损三、粘着磨损* *. .* * 影响粘着磨损的因素影响粘着磨损的因素 * *. .* * 当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发

7、生相对的运动时，由当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发生相对的运动时，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称为粘着磨损。粘着磨损又称粘附磨损。称为粘着磨损。粘着磨损又称粘附磨损。（1 1）摩擦表面的状态）摩擦表面的状态 互溶性互溶性 （2 2）摩擦表面的材料的成分和金相组织）摩擦表面的材料的成分和金相组织2021-11-1214四、微动磨损四、微动磨损两个接触表面由于受相对低振幅震荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。1. 微动磨损的机理2. 影响微动磨损的主要因素微动磨损是一种兼有磨料磨损、粘着磨损和氧

8、化磨损的复合磨损形式。 实践与试验表明，外界条件（载荷、振幅、温度、润滑等）及材质对微动磨损影响相当大。 发生场合：轴与孔的过盈或过渡配合表面、键连接表面、旋合螺纹的工作表面等。 影响因素：材料性能、载荷、振幅大小及温度等。2021-11-1215 电化学腐蚀的根本原因是腐蚀电池的形成。需要形成腐蚀电池的三条是： 有两个或两个以上的不同电极电位的物体，或在同一物体具有不同电极电位的区域，以形成正、负极； 电极之间需要有导体相连接或电极直接接触； 要有电解液。常见的电化学腐蚀形式有：在熔融盐中的腐蚀大气腐蚀土壤腐蚀在电解质溶液中的腐蚀减轻腐蚀危害的措施1. 正确选材2. 合理设计3. 覆盖保护层

9、4. 电化学保护第三节第三节 金属零件的电化学腐蚀金属零件的电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属与电解物质接触时产生的腐蚀。2021-11-12165. 添加缓蚀剂 在腐蚀性介质中加入少量能减少腐蚀速度的物质，即缓蚀剂，可减轻腐蚀。6.改变环境条件即将环境中的腐蚀介质除去，以减少其腐蚀作用。根据被保护设备所连接电源极性，可分为：（2）阳极保护法（1）阴极保护法2021-11-1217减轻气蚀的主要措施有：1）减小与液体接触表面的振动，以减少水击现象的发生。2）选用耐气蚀的材料。3）零件表面涂塑料、陶瓷等防气蚀材料，也可在表面镀铬。4）改进零件结构。5）水中添加乳化油。附加知识：气蚀附加知识：气蚀 气蚀

10、是一种比较复杂的破坏现象，它不单是机械作用，还有化学、电化学作用，当液体中含有杂质或磨粒时，就会加剧这一破坏过程。钢构防腐措施2021-11-1218第四节 机械零件的变形 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，也是判断韧性的明显征兆。一、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。二、塑性变形 机械零件在外载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形称为塑性变形或永久变形。 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等。本章完本章完三、减少变形的措施（1）设计（2）加工（3）修理（4）使用2021-11-1219第二节 金属零件的断裂 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。 断裂的分类方法很多，本书介绍其中的延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂 和环境断裂四种。 环境断裂主要有应力腐蚀断裂氢脆断裂高温蠕变断裂腐蚀疲劳断裂及冷脆断裂等2021-11-1220第三节 金属零件的腐蚀损伤 金属零件的腐蚀损伤，是指金属材料与周围介