学习项目一_机械维护与修理的基础知识

1、学习项目一机械维护与修理的基础知识学习项目一机械维护与修理的基础知识任务1机械故障和设备事故的概念任务2机械故障发生的原因及其对策任务3机械故障诊断技术的原理及应用任务1机械故障和设备事故的概念1.1机械故障及其规律1.1.1机械故障的概念1.1.2机械故障的类型1.按引发故障的时间性分类(1)渐发性故障渐发性故障是由机械产品参数的劣化过程(磨损、腐蚀、疲劳、老化)逐渐发展而形成的，是通过事前测试或监控可以预测到的故障。图1-1设备劣化周期图任务1机械故障和设备事故的概念(2)突发性故障突发性故障是由各种不利因素和偶然的外界影响共同作用的结果。(3)复合型故障复合型故障包括了上述两种故障的特征

2、，其故障发生的时间是不确定的，并与设备的状态无关，而设备工作能力耗损过程的速度则与设备工作能力耗损的性能有关。2.按故障出现的情况分类(1)实际故障实际故障是指机械设备丧失了它应有的功能，或参数(特性)超出规定的指标，或根本不能工作，也包括机械加工精度被破坏，传动效率降低，速度达不到标准值等。(2)潜在故障潜在故障是指对运行中的设备如不采取预防性维修和调整措施，再继续使用到某个时候将会发生的故障。3.按故障发生的原因或性质不同分类任务1机械故障和设备事故的概念(1)人为故障由于维护和调整不当，违反操作规程或使用了质量不合格的零件材料等，使各部件加速磨损或改变其机械工作性能而引起的故障称为人为故

3、障，这种故障是可以避免的。(2)自然故障机械在使用过程中，因各零件的自然磨损或物理化学变化而造成零件的变形、断裂、蚀损等使机件失效所引起的故障，称为自然故障，这种故障虽不可避免，但随着零件设计、制造、使用和修理水平的提高，可使机械有效工作时间大大延长，而使故障较迟发生。4.按故障的影响程度分类(1)轻微故障轻微故障是指设备略微偏离正常规定指标，设备运行受轻微影响的故障。任务1机械故障和设备事故的概念(2)一般故障一般故障是指设备运行质量下降，导致能耗增加、噪声增大的故障。(3)严重故障严重故障是指关键设备或整体功能丧失，造成停机或局部停机的故障。(4)恶性故障恶性故障是指设备遭受严重破坏造成重

4、大经济损失，甚至危及人身安全或造成环境严重污染的故障。1.1.3一般机械的故障规律图1-2故障规律曲线任务1机械故障和设备事故的概念1.2了解事故及其评估方法机械故障和事故是有差别的。1.2.1事故分类表1-1事故的分类1)设备事故影响联动机组或生产系统停产8h以上；或降低计划日产量三分之一以上者。2)主要生产设备发生事故，导致停产24h以上者。任务1机械故障和设备事故的概念3)设备事故造成设备损坏严重，无法修复或修复费用达1万元以上者。4)动力设备发生事故使动力供应中断，造成重要生产厂矿(车间)停产或生产设备损坏较严重者。5)设备事故并直接引起火灾、水灾、爆炸、倒塌、人身中毒、伤亡者。6)主

5、要生产设备发生事故，经修复后达不到额定能力和精度者。1)设备事故，使联动机组停产1h以上，或单机生产设备停产4h以上者。2)设备事故，修复费用在1千元以上1万元以下者。3)设备事故，使动力供应中断者。1.2.2设备事故的原因任务1机械故障和设备事故的概念1)设备方面。2)设备管理方面。3)生产管理方面。4)其他方面。1.2.3设备事故的处理与考核1.设备事故的处理1)由于事故而造成的减产损失要比照原样修复的费用高得多，因此，千方百计地减少事故发生后的停产时间，是减小事故损失的关键。2)事故发生后，要根据重大事故和一般事故的划分，分别由各级主管部门领导主持对事故原因和责任进行认真分析。3)贯彻既

6、防患于未然，又改进于事后的事故管理原则。任务1机械故障和设备事故的概念4)不能过分强调防止事故，而采取过激的检查和修理手段。5)按规定要求填写报表，并将有关资料存档。6)严格执行事故奖惩制度。2.设备事故的考核1)考核企业的重大设备事故次数、一般设备事故次数、事故停产时间、事故损失价值等。2)近年来，许多企业都在探讨考核事故率的办法，即用设备事故率和资金事故率来考核。考核台时事故率：用事故累积时间与主要设备的台数乘以年日历时间之比，即：考核资金事故率：即“千元产值事故损失率”。以事故损失金额与产值比较，作为设备事故考核指标，即任务1机械故障和设备事故的概念例1某轧钢厂去年总产值8000万元，年

7、事故损失金额共6万元；今年总产值12000万元，年事故损失金额共6.5万元。试比较该厂去年和今年的事故率有何变化？任务2机械故障发生的原因及其对策2.1机械磨损2.1.1机械磨损的概念及原因图1-3摩擦表面凹凸不平及其接触情况1.粘着理论和分子-机械理论的一些假设任务2机械故障发生的原因及其对策(1)接触表面凹凸不平两个物体相对运动的接触表面(即摩擦表面)有一定的粗糙度，无论怎样精密细致地加工、研磨、抛光，表面总是会存在凹凸不平，如图1-3所示。表1-2不同加工方法与对应的表面最大粗糙高度(2)真实接触面积很小由于零件表面存在着凹凸不平，因此,当两表面接触时，接触区就不是一个理想的平面，而是在

8、微小面积上发生接触。(3)真实接触面积上的压强很大真实接触面很小，即使垂直载荷N很小的时候，在真实接触面积上，也将受到很大的压强。2.粘着理论任务2机械故障发生的原因及其对策3.分子-机械理论2.1.2机械磨损的类型1.粘着磨损表1-3粘着磨损的类型2.磨料磨损任务2机械故障发生的原因及其对策(1)凿削磨料磨损机械的许多构件直接与灰渣、铁屑、矿石颗粒相接触，这些颗粒的硬度一般都很高，并且具有锐利的棱角，当以一定的压力或冲击力作用到金属表面上时，即从零件表层凿下金属屑，这种磨损形式称为凿削磨料磨损。(2)碾碎式磨料磨损当磨料以很大压力作用于金属表面时(如破碎机工作时矿石作用于颚板)，在接触点引起

9、很大压应力，这时，对韧性材料则引起变形和疲劳，对脆性材料则引起碎裂和剥落，从而引起表面的损伤。(3)低应力磨料磨损磨料以某种速度较自由地运动，并与摩擦表面相接触。3.表面疲劳磨损任务2机械故障发生的原因及其对策图1-4机械磨损规律图4.腐蚀磨损任务2机械故障发生的原因及其对策2.1.3机械磨损的一般规律1.“磨合”阶段(曲线O1A段)2.“稳定”磨损阶段(曲线AB段)3.“急剧”磨损阶段(曲线B点以右部分)2.1.4机械磨损的影响因素1.零件材料对磨损的影响2.机件工作载荷对磨损的影响3.机件运动速度对磨损的影响4.温度、湿度和环境对磨损的影响5.润滑对磨损的影响6.零件表面加工质量对磨损的影

10、响任务2机械故障发生的原因及其对策(1)宏观几何形状对磨损的影响所谓宏观几何形状是指加工后实际形状与理想形状的偏差，即加工精度，如圆度、圆柱度、平行度和垂直度等，宏观几何形状的偏差使零件表面载荷分布不均匀，容易造成局部地方严重磨损。(2)表面粗糙度对磨损的影响并非表面粗糙度值越小，磨损越小。(3)刀痕方向对磨损的影响刀痕方向对磨损影响较大，如果两摩擦表面的刀痕方向是平行的，且与运动方向一致，则磨损较小。7.装配和安装质量对磨损的影响8.机件结构特点及运动性质对磨损的影响2.2机械故障发生的其他原因及对策2.2.1零件的变形任务2机械故障发生的原因及其对策1)当外载荷产生的应力超过材料的屈服强度

11、时，零件产生过应力永久变形。2)温度升高，金属材料的原子热振动增大，抗切变能力下降，容易产生滑移变形，使材料的屈服极限下降；或零件受热不均，各处温差较大，产生较大的热应力，引起零件变形。3)由于残留的内应力，影响零件的静强度和尺寸的稳定性，不仅使零件的弹性极限降低，还会产生减少内应力的塑性变形。4)由于材料内部存在缺陷。2.2.2断裂1.断裂的类型(1)按宏观形态分类按宏观形态可分为韧性断裂和脆性断裂。任务2机械故障发生的原因及其对策(2)按载荷性质分类按载荷性质可分为一次加载断裂和疲劳断裂两种。2.几种断口形貌(1)杯锥状断口(见图1-5)断裂前伴随大量大塑性变形的断口，断口的底部裂纹不规则

12、地穿过晶粒，因而呈灰暗色的纤维状或鹅绒状，边缘有剪切唇，断口附近有明显的塑性变形。(2)脆性断裂断口其断口平齐光亮，且与正应力相垂直，断口上常有人字纹或放射花样，断口附近截面的收缩很小，一般不超过3(见图1-6)。任务2机械故障发生的原因及其对策图1-5杯锥状断口(3)疲劳断裂断口疲劳断裂断口(见图1-7)有三个区域：疲劳核心区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。任务2机械故障发生的原因及其对策图1-6脆性断裂断口任务2机械故障发生的原因及其对策图1-7疲劳断裂断口3.断口分析任务2机械故障发生的原因及其对策(1)实际破裂情况的现场调查现场调查是破断分析的第一步。(2)断口的宏观分析断口的宏观分析是

13、指用肉眼或低倍放大镜(20倍以下)对断口进行观察和分析。(3)断口的微观分析断口的微观分析是指用金相显微镜或电子显微镜对断口进行观察和分析。(4)金相组织、化学成分、力学性能的检验金相方法主要是研究材料是否有宏观及微观缺陷、裂纹分布与走向以及金相组织是否正常等。2.2.3腐蚀1.腐蚀的概念2.腐蚀的分类任务2机械故障发生的原因及其对策(1)化学腐蚀金属与介质直接发生化学作用而引起的损坏称为化学腐蚀。(2)电化学腐蚀金属表面与周围介质发生电化学作用的腐蚀称为电化学腐蚀，属于这类腐蚀的有：金属在酸、碱、盐溶液及海水、潮湿空气中的腐蚀，地下金属管线的腐蚀，埋在地下的机器底座被腐蚀等。3.防止腐蚀的方

14、法(1)合理选材根据环境介质的情况，选择合适的材料。(2)合理设计通用的设计规范是避免不均匀和多相性，即力求避免形成腐蚀电池的作用。(3)覆盖保护层这种方法是在金属表面覆盖一层不同材料，改变零件表面结构，使金属与介质隔离开来以防止腐蚀。任务2机械故障发生的原因及其对策1)覆盖金属保护层。2)覆盖非金属保护层。涂料。将油基漆或树脂基漆(如合成脂)通过一定的方法将其涂覆在物体表面，经过固化而形成薄涂层，从而保护设备免受高温气体及酸碱等介质的腐蚀作用。常用的涂料产品有防腐漆、沥青漆、环氧树脂涂料、聚乙烯涂料等。砖、板衬里。常用的是水玻璃胶泥衬辉绿岩板。辉绿岩板是由辉绿岩石熔铸而成，它的主要成分是二氧

15、化硅，胶泥即是粘合剂。它的耐酸碱性及耐腐蚀性较好，但性脆不能受冲击，在有色冶炼厂用来做储酸槽壁，槽底则衬瓷砖。任务2机械故障发生的原因及其对策硬(软)聚氯乙烯。它具有良好的耐腐蚀性和一定的机械强度，加工成形方便，焊接性能良好，可做成储槽、电除尘器、文氏管、尾气烟囱、管道阀门和离心风机、离心泵的壳体及叶轮。它已逐步取代了不锈钢、铅等贵重金属材料。玻璃钢。它是采用合成树脂为粘结材料，以玻璃纤维及其制品(如玻璃布、玻璃带、玻璃丝等)为增强材料，按照不同成形方法(如手糊法、模压法、缠绕法等)制成。它具有优良的耐腐蚀性，比强度(强度与质量之比)高，但耐磨性差，有老化现象。实践证明，玻璃钢在中等浓度以下的

16、硫酸、盐酸和温度在90以内作防腐衬里，使用情况是较理想的。任务2机械故障发生的原因及其对策耐酸酚醛塑料。它是以热固性酚醛树脂作粘结剂，以耐酸材料(玻璃纤维、石棉等)作填料的一种热固性塑料，它易于成形和机械加工，但成本较高，目前主要用作各种管道和管件。(4)添加缓蚀剂在腐蚀介质中加入少量缓蚀剂，能使金属的腐蚀速度大大降低。(5)电化学保护电化学保护就是对被保护的金属设备通以直流电流进行极化，以消除电位差，使之达到某一电位时，被保护金属可以达到腐蚀很小甚至无腐蚀状态。1)阴极保护。2)阳极保护。任务2机械故障发生的原因及其对策(6)改变环境条件改变环境条件的方法是将环境中的腐蚀介质去掉，减轻其腐蚀

17、作用，如采用通风、除湿及去掉二氧化硫气体等。2.2.4蠕变损坏图1-8温度与应力作用时间对材料力学性能的影响任务3机械故障诊断技术的原理及应用3.1了解机械故障诊断技术3.1.1机械故障诊断的基本内容1)保证机器运行状态在设计的范围内。2)随时报告运行状态的变化情况和恶化趋势。3)提供机器状态的准确描述。4)故障报警。3.1.2机械故障诊断的基本原理图1-9机械故障诊断的基本过程和原理任务3机械故障诊断技术的原理及应用3.1.3机械故障诊断的基本方法(1)简易诊断法简易诊断法指主要采用便携式的简易诊断仪器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外点温仪对设备进行人工巡回监测，根据设定的标准或人的经验

18、分析，了解设备是否处于正常状态。(2)精密诊断法精密诊断法指对已产生异常状态的原因采用精密诊断仪器和各种分析手段(包括计算机辅助分析方法、诊断专家系统等)进行综合分析，以此来判断故障的类型、程度、部位和产生的原因及故障发展的趋势等问题。(3)直接观察法传统的直接观察法如“听、摸、看、闻”，在一些情况下仍然十分有效。任务3机械故障诊断技术的原理及应用(4)振动噪声测定法机械设备动态下的振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系，因此，利用这种信息进行故障诊断是比较有效的方法。(5)无损检验法无损检验法是一种从材料和产品的无损检验技术中发展起来的方法，它是

19、在不破坏材料表面及其内部结构的情况下检验机械零部件缺陷的方法。(6)磨损残余物测定法机器的润滑系统或液压系统的循环油路中携带着大量的磨损残余物(磨粒)。(7)机器性能参数测定法显示机器主要功能的机器性能参数，一般可以直接从机器的仪表上读出，由这些数据可以判定机器的运行状态是否偏离正常范围。3.2监测与诊断系统任务3机械故障诊断技术的原理及应用机械运转状态与故障诊断的手段，体现在一套完整的装置上，构成一个完整的系统，称为机械状态监测与故障诊断系统。3.2.1监测与诊断系统的工作过程与步骤(1)选定敏感参数选定对系统影响最大和最敏感的参数作为系统识别的敏感因子，建立系统的数学模型。(2)信号采集信

20、号采集就是对监测系统敏感点上的敏感参数的采集。(3)状态参数识别通过敏感因子的识别，或经过必要的推导计算，将待检模式与样板模式(故障档案)对比，识别待检系统运转状态。(4)诊断决策及其输出检测与诊断系统对设备当前状态根据判别结果采取相应对策。任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-10设备监测与诊断过程3.2.2简易诊断系统任务3机械故障诊断技术的原理及应用1.便携式振动分析仪图1-11便携式振动分析仪任务3机械故障诊断技术的原理及应用2.声级计3.点温度计任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-12声级计任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-13红外点温度计3.2.3精密监测诊断系统任务3

21、机械故障诊断技术的原理及应用图1-14监测和诊断系统硬件框图1.数据采集系统任务3机械故障诊断技术的原理及应用(1)数据采集系统数据采集系统包括传感器、放大器、滤波器、示波器、记录器、AD接口板及微型计算机。1)传感器。2)放大器。3)滤波器。4)示波器。5)记录器。6)AD接口板。7)微型计算机。(2)数据采集系统的工作步骤1)组态。2)巡检准备。任务3机械故障诊断技术的原理及应用3)数据采集。2.状态识别系统3.诊断输出系统3.3旋转机械的振动监测与诊断旋转机械是各类机械设备中数量最多、应用最广的一类机械，其主要组成部分为转轴组件，转轴组件又称为转子 轴承系统或转子系统，它包括转子(轴、齿

22、轮传动件、叶轮、联轴器等)、轴承(滑动轴承、滚动轴承)、支座(定子、机座等)及密封装置等部分。3.3.1旋转机械故障的简易诊断方法1.测定方式和测定参数2.合理地布置测点任务3机械故障诊断技术的原理及应用(1)主要测点的布置主要测点应布置在反映转子振动特征最敏感的部位，即轴承的部位。1)测轴承的振动(绝对值)。2)测轴位移(相对值)。图1-15测轴承振动的测点布置任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-16测轴位移的测点布置任务3机械故障诊断技术的原理及应用(2)辅助测点的布置对于结构比较复杂的大型旋转机械，有时必须根据具体情况增加辅助测点。任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-17电站锅炉

23、离心式给水泵的振动测点布置示意图1、3、6、8、9、11垂直振动测点2、4、7、10、12横向振动测点5轴向振动测点任务3机械故障诊断技术的原理及应用3.测定振动时的注意事项3.3.2旋转机械的精密诊断原理图1-18简易诊断与精密诊断过程的比较任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-19模式识别的方法原理3.4齿轮的故障诊断任务3机械故障诊断技术的原理及应用齿轮箱是各类机械的变速传动部件，在齿轮箱中齿轮本身的故障发生率较高，约占60，采用振动监测对齿轮进行故障诊断是一种行之有效的方法。3.4.1齿轮的振动机理1.轮齿的啮合振动2.齿轮的制造和装配误差引起的振动3.齿轮在使用过程中出现损伤引起的

24、振动4.冲击载荷引起的自由衰减振动3.4.2齿轮故障的振动诊断1.齿面损伤任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-20齿面损伤引起的振动a)高频b)低频2.齿轮偏心任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-21齿轮偏心的振动波形3.齿轮回转质量不平衡任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-22齿轮回转质量不平衡的振动波形4.齿轮的局部缺陷任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-23齿轮局部性缺陷的振动波形5.齿距误差任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-24齿距误差的振动波形3.5滚动轴承的故障诊断轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。3.5.1滚动轴承常见的异常现象任务3机械故障诊断技术的原理

25、及应用(1)落入异物造成的损伤当砂粒和氧化皮等异物落入轴承内部时，会造成旋转体和滚道之间的磨损及产生压痕。(2)润滑不良造成的损伤当润滑剂不足或润滑剂和润滑方法与使用条件不相适应时，滚动轴承会在很短时间内损伤，产生点蚀、胶合、烧损等损伤。(3)内外环倾斜造成的损伤各种不能调心的轴承(圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、深沟球轴承等)，由于轴承和转轴的加工和装配误差，或当轴的挠度较大时，轴承往往会在短时间内即产生表面脱落，或在滚针轴承的滚道和滚动体的端面发生胶合，而在高速旋转时则会出现烧损。(4)保持架受载造成的损伤在高速下突然增减速度和反复换向运转，保持架往往会受到损伤。任务3机械故障诊断技术的原理及

26、应用(5)异常推力载荷引起的损伤在长轴的轴承组合设计中，通常是将一端固定而另一端为自由设置，以补偿轴的热伸长变形。(6)装配不良造成的损伤热装内环时，如加温过高或内环的过盈量不足，就会因内环和轴相对滑动而发生擦伤甚至胶合。(7)电蚀如在滚动轴承的滚道面与滚动体之间存在漏电电流则会发生电火花，从而使滚道与滚动体的表面局部熔化或退火，严重时会出现凹坑或凸起点。3.5.2滚动轴承损伤(缺陷)而引起的振动及诊断1.轴承严重磨损引起偏心时的振动任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-25轴承偏心时的振动特性2.内环有缺陷时的振动任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-26内环有缺陷时的振动a)振幅被轴的

27、旋转频率调制b)振幅被滚动体的公转频率调制3.外环有缺陷时的振动任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-27外环有缺陷时的振动4.滚动体有缺陷时的振动任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-28滚动体缺陷的振动特性a)振幅受到滚动体公转频率的调制b)振幅未被调制3.6无损检验法无损检测法是指在不改变被检测物体的前提下，利用物质因存在缺陷而使其某一物理性能发生变化的特点，完成对物体的检测与评价的技术手段的总称。任务3机械故障诊断技术的原理及应用3.6.1超声波探伤检测技术1.探伤原理图1-29脉冲反射法探伤原理任务3机械故障诊断技术的原理及应用2.探伤方法(1)脉冲反射法脉冲反射法是生产中应用最

28、普遍的一种超声波探伤方法。(2)穿透法穿透法是根据超声波能量变化情况来判断零件内部状况的，它是将发射探头和接受探头分别置于零件的两相对表面，发射探头发射的超声波能量是一定的，在零件不存在缺陷时，超声波穿透到零件一定厚度以后在接收探头上所接收到的能量也是一定的。任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-30脉冲波穿透探伤法示意任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-31连续波法穿透探伤示意任务3机械故障诊断技术的原理及应用图1-32铁磁物质中的磁力线分布情况1表面横向裂纹2近表面气泡3深层纵向裂纹任务3机械故障诊断技术的原理及应用3.6.2磁粉探伤1.基本原理2.零件的磁化方法图1-33磁化方法1被测工件2磁轭3线圈4磁力线任务3机械故障诊断技术的原理及应用3.磁粉探伤操作(1)预处理预处理是用溶剂把零件表面上的油脂、涂料和锈去掉，使磁粉能很好地附着在缺陷上。(2)磁化关于磁化方法前面已作介绍，可根据被探伤零件种类和大小，具体进行选择。(3)加磁粉磁粉有普通磁粉和