机电设备故障诊断与维修（高职）全套教学课件

机电设备故障诊断与维修全套可编辑PPT课件绪论机电设备故障诊断技术机械零件修复技术通用零件的故障诊断与维修液压系统的故障诊断与维修数控机床的故障诊断与维修绪论1．机电设备故障的原因与类型一、机电设备故障的基本理论如断裂、开裂、点蚀、烧蚀、变形、拉伤、龟裂、压痕等。①损坏型故障如老化、变质、剥落、异常磨损等。②退化型故障如松动、脱落等。③松脱型故障如压力过高或过低、行程失调、间隙过大或过小、干涉等。④失调型故障如堵塞、漏水、漏气、渗油等。⑤堵塞与渗漏型故障如功能失效、性能衰退、过热等。⑥性能衰退或功能失效型故障2．机电设备的维修方式与类别1）机电设备的维修方式事后维修：指机电设备发生故障之后所进行的修理。又称故障维修、损坏维修或非计划性维修。预防维修：指在机电设备发生故障之前进行的维修。又称计划预修。预防维修又可分为定期维修和状态监测维修两种。可靠性维修：指以可靠性为中心的维修。这种维修以可靠性理论为基础，通过分析和试验，科学地制订出维修内容、方法和使用期限，以最低维修费用来保持和恢复设备的固有可靠性。改善性维修：指为防止故障重复出现而对机电设备的技术性能加以改进的一种维修。无维修设计：指针对机电设备维修过程中经常遇到的故障，在新设备的设计中采取了改进措施以加以解决，尽可能降低维修工作量，甚至不需要维修。2）机电设备的维修类别小修：是指根据机电设备日常检查或其他状态检查中所发现的设备缺陷或劣化征兆，在故障发生之前及时进行排除的修理，属于预防修理范围，工作量较小。小修又称日常维修。项修：即项目修理，又称为针对性修理。项修是为了使设备处于良好的技术状态，对设备精度、性能、效率达不到工艺要求的某些项目或部件，按需要所进行的具有针对性的局部修理。大修：是指以全面恢复设备工作精度、性能为目标的一种计划修理。3．机电设备故障的特点层次性多样性相关性不确定性延时性维修性提高维修性的方法：

简化机电设备结构提高维修的可操作性保证维修操作安全零部件采用无维修设计零部件和连接件易拆装二、失效形式及产生机理——在机电设备的使用过程中，各种零部件都应具有一定的功能，如传递运动、力或能量，实现规定的动作，保持一定的几何形状等。——当机械零件在载荷（包括机械载荷、热载荷、腐蚀及综合载荷等）作用下，丧失最初规定的功能，无法继续工作时，即称为失效。——当机电设备的关键零件失效时，便意味着机电设备处于故障状态。一般机械零件的失效形式（按失效件的外部形态特征分类）如图0-1所示。磨损腐蚀变形断裂(a)磨损（b）腐蚀（c)变形（d)断裂在生产作业中：最主要的失效形式是零件工作表面的磨损失效；最危险的失效形式是瞬间出现裂纹和破断，它们统称为断裂。图0-1机械零件的失效形式1．磨损零件的摩擦表面上出现材料耗损的现象称为零件的磨损，磨损可以是材料组织结构的损坏，也可以是尺寸、形状及表面粗糙度的变化。1）磨损的过程磨合阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段图0-2零件的磨损过程（1）磨合阶段磨合阶段发生在机电设备使用初期。该阶段磨损特征：短时间内磨损量增长较快。表面粗糙、润滑不良或载荷较大，都会加速磨损。磨合阶段结束后，应清除机电设备摩擦副中的磨屑，更换润滑油，这样才能使其满负荷正常使用。（2）稳定磨损阶段（3）剧烈磨损阶段稳定磨损阶段的磨损量随着时间的延长而均匀、缓慢地增长，属于自然磨损。在磨损量达到极限之前的这一段时间是零件的磨损寿命，与摩擦表面的工作条件、技术维护的好坏有关。剧烈磨损阶段的特征是当零件表面磨损量超过极限值后，若继续摩擦，其磨损强度急剧增加，最终机电设备会出现故障或事故。因此，当零件表面的磨损量达到极限值时，就应停止使用，并采取调整、维修或更换等措施，防止机电设备故障与事故的发生。减少黏着磨损的措施:适当润滑选择互溶性小的材料配对金属与非金属配对进行适当的表面处理2）磨损的类型黏着磨损疲劳磨损腐蚀磨损磨料磨损微动磨损（1）黏着磨损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，由于黏着作用，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黏着磨损。图0-3黏着磨损的产生机理（2）

疲劳磨损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，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的磨损称为疲劳磨损。疲劳磨损的过程便是裂纹产生和扩展的破坏过程。减少疲劳磨损的措施:适当润滑进行适当的表面处理提高表面加工质量，如降低表面粗糙度和形状误差剥落层剥落后，一般会形成痘斑状凹坑，深度在0.2μm以下；

滚动接触疲劳磨损滚滑接触疲劳磨损疲劳磨损：(根据裂纹产生位置的不同)选择适当硬度的材料，如硬度为62HRC的轴承钢减少材料中的脆硬性夹杂物剥落层深度为0.2～0.4μm。（3）腐蚀磨损在摩擦过程中，金属会与周围介质发生化学反应或电化学反应，从而导致表面的腐蚀产物剥落，这种现象称为腐蚀磨损。减少特殊介质下的腐蚀磨损的措施为控制机电设备运行时的温度，因为温度越高，特殊介质下的腐蚀磨损发生速度越快。腐蚀磨损：（按腐蚀介质类型的不同）氧化磨损特殊介质下的腐蚀磨损一般减少氧化磨损的措施主要为控制材料硬度，控制氧化膜的性质和其生长速度；（4）磨料磨损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着硬质颗粒，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，如图0-4所示。图0-4磨料磨损的产生机理图0-5磨料磨损的特征磨料磨损的特征是在接触表面上有明显的切削痕迹，如图0-5所示。减少磨料磨损的措施:对进入机电设备中的空气、油料等进行过滤，并经常清洗、换油。提高摩擦副表面的制造精度。进行适当的表面处理。（5）微动磨损微动磨损是两固定接触面上出现相对小幅振动而造成的表面损伤，主要发生在宏观相对静止的零件结合面上。——主要危害是使配合精度下降，紧配合的机体变松，更严重的是引起应力集中，导致零件疲劳断裂。图0-6微动磨损和载荷之间的关系减少微动磨损的措施：提高材料硬度及选择适当的材料配副。让机电设备在规定载荷内工作，如图0-6所示为微动磨损和载荷之间的关系。减小振幅。进行适当的表面处理。2．腐蚀腐蚀：(按其作用和机理的不同)

（a）化学腐蚀

（b）电化学腐蚀图0-7腐蚀的分类化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀与化学腐蚀的区别是在腐蚀过程中有电流的产生，如铁链在海水中被腐蚀，如图0-7（b）所示。化学腐蚀是金属与外部介质直接起化学作用，引起表面的破坏，如铁管在空气中生锈，如图0-7（a）所示。2．腐蚀减少腐蚀的措施：选择耐腐蚀的材料，如合金钢、塑料、陶瓷。合理设计，做到结构合理、外形简化、表面粗糙度合适。覆盖保护层，改变其表面结构，使金属与介质隔离。电化学保护，即对被保护的机电设备通以直流电进行极化，消除或减少被保护金属表面的腐蚀电池作用。在腐蚀性介质中添加缓蚀剂，如硝酸钠、生物碱等，降低其腐蚀速度。改变环境条件，合理通风、除湿、除硫。3．变形机电设备中的零件或构件在外力的作用下，会产生形状或尺寸的变化，这种现象称为变形。弹性变形是金属零件在作用应力小于材料屈服强度时产生的变形，如图0-8所示为弹簧的弹性变形。变形：(根据外力去除后变形能否恢复)弹性变形塑性变形1）弹性变形——当外力去除后，零件变形消除，可恢复原状。——但如果材料在使用过程中产生了超量弹性变形，则会影响零件正常工作。——防止超量弹性变形是十分必要的。

图0-8弹簧的弹性变形

图0-9轴的塑性变形2）塑性变形塑性变形即永久变形，是不可恢复的变形，如图0-9所示为轴的塑性变形。塑性变形特点：

能引起材料的组织结构和性能的变化。塑性变形使原子活泼能力提高，造成金属的耐腐蚀性下降。

多晶体在塑性变形时，各晶粒之间及同一晶粒内部的变形是不均匀的，当外力去除后各晶粒的弹性恢复也不一样，因而会产生内应力。

较大的塑性变形会使多晶体的各向同性遭到破坏而表现出各向异性，使金属产生加工硬化现象。表0-1减少塑性变形的措施金属零件的塑性变形：（从宏观形貌特征）方

面措

施设计方面设计时应使零件壁厚均匀，以减少热加工时的变形零件边缘应为圆角、倒角，以减少应力集中积极应用新技术、新工艺和新材料，减少制造时的内应力和变形制造方面可对毛坯进行时效处理，以消除残余内应力可安排表面强化处理来提高零件的疲劳寿命，表面适当的涂层可防止有害介质造成的脆性断裂热处理时可在炉中充入保护气体，以改善其性能使用方面加强机电设备管理，不超负荷运行，加强机电设备的检查与维护维修方面恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等技术要求，并检查和修复主要零件的形状误差、位置误差时效变形体积变形翘曲变形4．断裂延性断裂脆性断裂根据零件断口宏观形态的不同穿晶断裂晶间断裂根据零件断口微观形态的不同一次加载断裂疲劳断裂根据载荷性质的不同断裂是零件在机械、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。1）延性断裂图0-11脆性断裂

图0-10延性断裂

脆性断裂是指零件未经明显的变形而发生的断裂，断裂时材料几乎没有发生过塑性变形，断裂后常形成碎片，如图0-11所示。在延性断裂中，断裂之前会发生广泛的塑性变形（颈缩）。延性断裂描述了承受张力的韧性材料的最终失效。材料不会破裂，而是“拉开”，通常会留下粗糙的表面。延性断裂是伴随明显塑性变形而形成延性断口（断裂面与拉应力垂直或倾斜，其上具有细小的凹凸，呈纤维状）的断裂，如图0-10所示。2）脆性断裂3）疲劳断裂零件或构件在交变载荷作用下发生断裂破坏而失效的现象称为疲劳断裂，又称为机械疲劳。其中，交变载荷是指载荷大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。疲劳断裂是工程结构和机械零件中普遍存在而且严重的失效形式，在实际当中占较大比例。疲劳断裂过程三个阶段：疲劳裂纹的萌生阶段疲劳裂纹的扩展阶段瞬时断裂阶段图0-12疲劳断口示意图三个阶段在零件的疲劳断口处形成三个不同的区域，如图0-12所示。疲劳核心区（疲劳源）疲劳裂纹扩展区瞬时断裂区减少断裂发生概率：优化零件结构设计，要注意减少应力集中部位，综合考虑零件的工作环境，如介质、温度、负载性等对零件的影响。合理选择零件材料，以达到减少发生疲劳断裂的目的。合理选择零件加工方法，应考虑尽量多采用渗碳、渗氮、喷丸、表面滚压加工等工艺方法，使零件表面产生残余压应力，抵消一部分由外载荷引起的有害拉应力。正确安装机电设备，并在使用过程中注意保护机电设备的运行环境。禁止机电设备过载。零件出现裂纹时要及时采取补救措施。机电设备故障诊断与维修机电设备故障诊断技术项目一任务导入在日常生活中有大量的、丰富多彩的振动现象，如：在大多数情况下，机械振动是有害的，如车辆行驶时的振动会使乘员感到不适、在用车床加工零件时车刀的振动会使零件的加工精度降低等。本任务将介绍振动监测与诊断技术的相关知识。车辆行驶时的振动发动机运转时的振动演奏乐器时乐器的振动任务一认识振动监测与诊断技术任务一认识振动监测与诊断技术①预防事故，保证人身和设备安全。②推动设备维修制度的改革。③提高企业经济效益。1．故障诊断技术实施的基础故障诊断技术实施的基础是工况监测，工况监测的任务是判别动态系统是否偏离正常功能，并监视其发展趋势，预防突发性故障的发生。工况监视的对象是机电设备外部信息参数（如力、速度、加速度、位移、温度、噪声等）的变化。一、故障诊断概述2．故障诊断的意义3．故障诊断的实施过程图1-1故障诊断的实施过程信号采集信号处理状态识别诊断决策归纳为以下4个方面:①保证机电设备运行的状态在设计范围内。——监测振动位移——监测振动速度和加速度——监测温度②随时报告机电设备运行状态的变化情况和恶化趋势。③提供机电设备状态的准确描述。④故障报警。4．故障诊断的工作内容实施故障诊断的目的：尽量避免机电设备发生事故，减少机电设备事故性停机，降低维修成本，保证操作及生产安全，保护环境、节约能源5．故障诊断技术的分类故障诊断类型应用场合振动诊断适用于诊断旋转机械、往复机械、轴承及齿轮等场合温度诊断适用于诊断工业窑炉、热力机械、电动机及电器等场合声学诊断适用于诊断压力容器、往复机械、轴承及齿轮等场合光学诊断适用于探测腔室缺陷和管道内部缺陷的场合油液分析与污染诊断适用于诊断齿轮箱、机电设备润滑系统及电力变压器等场合压力诊断适用于诊断液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等场合强度诊断适用于诊断工程结构、起重机械及锻压机等场合电参数诊断适用于诊断电动机、电器、输变电设备及电工仪表等场合表1-1不同故障诊断技术的应用场合二、振动原理及信号分析1．振动的基础知识振动：物体或质点在其平衡位置附近所做的有规律的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。图1-2振动的分类简谐周期振动是最基本、最简单的振动形式，其振动位移x与时间t的关系可用正弦曲线表示，表达式为

（1-1）

每秒振动的次数称为振动频率，它是振动周期的倒数，即

（1-2）式中

f——频率，单位为Hz。频率f又可以用角频率来表示，即

（1-3）因此，式（1-1）还可以表示为

（1-4）2．振动信号的分析振动信号的分析：将测量获得的振动信号中含有的与机电设备状态有关的特征参数提取出来。振动信号的分析幅域分析时域分析频域分析1）振动信号的幅域分析振动信号的幅域分析是在波形的幅值上进行的，如计算波形的最大值、最小值、平均值、有效值等，它也研究波形幅值的概率分布问题。在幅域分析中，对波形幅值的研究一般通过以下几个参数进行。①峰值（）表示振幅的单峰值，在实际振动波形中，单峰值表示振动瞬时冲击的最大幅值。除此之外还有振幅的双峰值()，它反映了振动波形的最大偏移量。

②平均值（）是指在时间T范围内，机电设备振动的平均水平，表达式为

（1-5）③有效值（）是衡量振动能量大小的量，作为衡量振动强度的标准，表达式为

（1-6）在幅域分析中，可通过概率密度函数进行波形幅值概率分布的研究。概率密度函数是表示信号幅值落在指定区间内的概率，它提供了关于振动信号的两个信息，一是信号幅值落在指定区间内的概率，二是信号沿幅值域分布的信息。例如：对于图1-3（a）所示的信号，x(t)的值落在（)区间内的时间为，即

(a)(b)(a)(b)当样本记录的观察时间T趋于无穷大时，

的值便是幅值落在

区间内的概率，

定义幅值概率密度函数

为，

（1-7）如图1-3（b）所示为信号沿幅值域分布的情况，坐标x表示信号

值的大小，而阴影部分的面积则表示信号

的值落在区间内的概率。概率密度函数曲线与x轴所包围的面积为1。

即

不同信号有不同的概率密度函数图形，可以借此识别信号的性质。如图1-4所示为常见的4种信号的概率密度函数图形。(a)正弦信号（b）正弦信号加随机信号（c）窄带随机信号（（d）宽带随机信号图1-4常见的4种信号的概率密度函数图形概率密度函数可以直接用于机电设备的故障诊断。如图1-5所示为新、旧车床变速箱噪声的概率密度函数图形，从其分布规律可以看出，新旧两台变速箱的分布规律有明显的差异。新车床的概率密度函数图形呈“窄而高”的形态，而旧车床的概率密度函数图形呈“宽而矮”的形态。显然旧机床噪声的幅值大于新车床的幅值。（a）新车床（b）旧车床图1-5新、旧车床变速箱噪声的概率密度函数图形2）振动信号的时域分析振动信号的波形表示某种物理量随时间变化的关系，因此通过时域分析可以研究信号在时间域内的变化或分布，描述信号在不同时刻的相互依赖关系，它是提取信号中周期成分的常用手段。自相关分析是十分常用的时域分析方法，它是通过自相关函数实现对信号分析的，如图1-6所示，设x(t)是信号的一个样板函数，

是x(t)前移后的样本，则可定义自相关函数

（1-8）图1-6自相关分析自相关函数用以表示信号幅值变化的程度。如果时间间隔很小，幅值之间的差异便大，信号的变化便剧烈，自相关函数的值便小；反之，自相关函数的值便大。如图1-7所示为常见的4种信号的自相关函数图形。图1-7常见的4种信号的自相关函数图形如图1-8所示为两台C6163型卧式车床变速箱噪声的自相关函数图形。图1-8（a）所示为正常车床变速箱噪声的自相关函数图形，图1-8（b）所示为故障车床变速箱噪声的自相关函数图形。将变速箱各轴的转速与

的波动频率进行比较，便可以确定这一缺陷的位置。

（a）正常车床变速箱噪声的自相关函数图形

（b）故障车床变速箱噪声的自相关函数图形图1-8两台C6163型卧式车床变速箱噪声的自相关函数图形3）振动信号的频域分析振动信号的频域分析即通过研究信号中包含的频率成分来确定信号频域结构，其分析结果是以频率为自变量的各种物理量的曲线。自功率频谱密度函数

和自相关函数是

一个傅立叶变换对，其关系可用公式表示为

自功率频谱密度函数的物理意义可理解为

曲线下和频率轴所包围的面积是信号的平均功率。在多频振动信号与噪声干扰叠加的情况下，自功率频谱信号能有效地去除噪声干扰，并清晰地反映何种频率成分的功率最强，为查出关键的振动提供依据。（1-9）（1-10）如图1-9所示正常运行的齿轮副，在其振动谱上会出现啮合频率及其高次谐波的频率成分。当齿轮齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量保持不变，但幅值大小改变，高次谐波幅值增大较多。图1-9中实线与虚线分别表示磨损前和磨损后的幅值变化。图1-9某机床主轴箱中齿轮齿面均匀磨损的自功率频谱密度函数图

如图1-10所示当齿轮存在局部缺陷时，便会出现阔幅和阔频现象，此时在谱图上形成以载频

等为中心的一系列不对称边频。通过对边频的识别，可以判断缺陷的原因。图1-10齿轮存在局部缺陷时的自功率频谱密度函数图经验传承当齿轮发生故障时，其工作中产生的异常振动特性如表1-2所示。表1-2齿轮故障及其异常振动特性齿轮的状态时域波形频域特性正常齿面损伤偏心齿轮回转质量不平衡局部性缺陷齿距误差1．测振传感器测振传感器可将机械振动量转换为适于测量的电信号，比较常见的测振传感器包括磁电式速度传感器、涡流式位移传感器和压电式速度传感器，其外形如图1-11所示。三、振动监测与诊断设备（a）磁电式速度传感器（b）涡流式位移传感器

（c）压电式速度传感器图1-11测振传感器1）磁电式速度传感器—磁电式速度传感器主要由线圈、磁铁和磁轭组成，如图1-12所示。—磁轭中留有环形空气间隙，即气隙。—线圈处于气隙内，并在振动时相对于气隙运动。图1-12磁电式速度传感器的结构磁电式速度传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里面切割磁力线时，导体两端便产生感应电动势。其感应电动势（传感器的输出电压）与线圈相对于磁力线的运动速度成正比。2）涡流式位移传感器涡流式位移传感器一般由传感器端部线圈、壳体、电缆和接头4部分组成，有的传感器上还有供安装固定用的支架等附件，如图1-13所示。图1-13涡流式位移传感器的结构涡流式位移传感器是利用转轴表面与传感器探头端部间的间隙变化来测量振动的，其工作原理如图1-14所示。图1-14涡流式位移传感器的工作原理3）压电式速度传感器压电式速度传感器可分为周边压缩式、中心压缩式、倒置中心压缩式和剪切式4种结构形式，其具体结构如图1-15所示。（a）周边压缩式（b）中心压缩式（c）倒置中心压缩式（d）剪切式1—基座；2—压电元件；3—质量块；4—预紧弹簧；5—输出引线。

图1-15不同类型压电式速度传感器的结构2．信号调理器信号调理器是用于调节信号源和读出设备之间信号的信号调理器件，其外形如图1-16所示。图1-16信号调理器的外形一般测振传感器中都会有一个信号调理器，其市场型号较多，功能多样，可以精确地放大测振传感器信号、补偿传感器的温度误差，并且能够直接控制校准过程。信号调理器还可以调节不同的信号来满足不同客户的需求。3．信号记录仪信号记录仪：用来记录和显示被测振动随时间的变化曲线（时域波形）或频谱图，如电子示波器、光电示波器、磁带记录仪、函数记录仪、电平记录仪、数据采集器等。图1-17数据采集器目前在故障诊断领域使用较为广泛的是数据采集器（见图1-17），它是一种具有现场实时数据采集、处理功能的自动化设备，具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。随着计算机技术的飞速发展，基于A/D转换原理的数据采集器功能日渐强大，性能价格比越来越高，且能集记录与分析于一体。4．信号分析与处理设备简易诊断仪器：体积小、使用方便，适合进行日常测试和巡检。这种仪器按其功能可分为振动计和振动测量仪等，如图1-18所示。图1-18简易诊断仪器1）简易诊断仪器（a）振动计（b）振动测量仪振动计：一般只测振动加速度一个物理量，可读取一个有效值或峰值。振动测量仪：可测量振动位移、速度和加速度3个物理量，频率范围较大。通常备有输出插座，可外接示波器、记录仪和信号分析仪，可进行现场测试、记录和分析。2）振动信号分析仪振动信号分析仪（见图1-19）一般由信号放大、滤波、A/D转换、显示、存储、分析等部分组成可与计算机进行通信可完成振动信号的幅域、时域、频域等多种分析和处理功能强劲、分析速度快、精度高、操作方便但仪器体积较大，对工作环境要求较高，价格昂贵图1-19振动信号分析仪3）离线监测与巡检系统离线监测与巡检系统一般由传感器、采集器、监测诊断软件和微型计算机组成，又称为设备预防维修系统。它集数据采集、测量、记录、存储和分析为一体，并且可以在非常恶劣的环境下工作，使得其在现场测量中显示出极大的优越性。4）在线监测与保护系统在线监测与保护系统包括在主要测点上固定安装的振动传感器、前置放大器、振动监测与显示仪表、继电器保护等部分。在线监测与保护系统可连续、并行地监测各个通道的振动幅值，并与门限值进行比较。振动值超过报警值时自动报警；超过危险值时实施继电保护，关停机组。这类系统主要对机组起保护作用，一般没有分析功能。四、振动诊断的现场实施步骤确定诊断范围→了解诊断对象→确定诊断方案→建立检测数据→设置巡检路线→采集数据→分析数据→判断故障→做出诊断决断→择时检修检查验证→1．组织形式每6～8位同学组成一组，按照有关振动测试规范进行相关测量。一、实施方案2．作业准备PZZ-Ⅱ旋转机械振动分析及故障模拟实验平台、DH5902N数据采集分析系统、计算机。任务实施——振动监测与诊断①检查QPZZ-Ⅱ旋转机械振动分析及故障模拟实验平台的电动机、接线，以及齿形同步带与双盘转子连接，如图1-20所示。二、操作步骤②根据选取的敏感参数选择振动传感器。使用以太网线连接采集卡与计算机，用信号线将传感器安装到采集卡指定通道，如图1-21所示。图1-21连接设备图1-20检查设备③在计算机中设置存储规则，选择采样通道，设置传感器灵敏度、采样频率、采样点数，如图1-22所示。（a）设置存储规则（b）设置采样通道与采样参数图1-22设置相关数据④通过螺纹连接传感器与永磁铁，并使用永磁铁将压电加速度传感器安装在轴承座上，如图1-23所示。图1-23安装压电加速度传感器⑤按下控制台上的启动按钮（一般为绿色），使控制台通电。然后按变频器上的启动按钮，启动三相异步电动机，如图1-24所示。图1-24变频器上的启动按钮和停止按钮⑥转速稳定后，操作计算机采集振动信号并计算其频谱，记录数据。⑦使用变频器调节驱动电动机的输入电压频率（按下升速或降速按钮，见图1-25），实现驱动电动机的调速，并重复步骤⑥，然后记录若干个指定转速下的振动信号。其中，电动机同步转速与输入电压频率间的关系为图1-25变频器上的升速按钮和降速按钮⑧整理测试数据，在表1-4中填写不同转速下振动信号的有效值。表1-4不同转速下振动信号的有效值电动机同步转速/（r·min-1）振动信号有效值/

（m·s-2）电动机同步转速/（r·min-1）振动信号有效值/

（m·s-2）600

1100

700

1200

800

1300

900

1400

1000

1500

任务导入机电设备在运行过程中产生振动，同时会发出噪声，它们都是反映机电设备工作状态的诊断信息。只要抓住机电设备发声的机理和特征，便可对其状态进行诊断。在机电设备状态监测与故障诊断技术中，噪声监测与诊断也是较常用的方法之一。本任务将介绍噪声监测与诊断技术的相关知识。任务二认识噪声监测与诊断技术任务二认识噪声监测与诊断技术在噪声监测中，主要检测的特征量包括声压、声强、频率、质点振速等，其中，声压和声强是测量的两个主要对象。声压：指大气压受到声波扰动后产生的变化，即为大气压强的余压。声强：指单位时间内通过一定面积的声波能量，因具有功率的单位，故又称为声功率。一、噪声监测概述1．传声器二、噪声监测与诊断设备传声器包括声接收器和机电转换器两部分。声接收器可将声能转换成机械能，其具有力学振动系统（如振膜）。机电转换器可将机械能转换成电能。传声器通过这两部分，可以将声压的输入信号转换成电能输出。图1-26传声器的结构（a）电容式传声器（b）压电式传声器按机械能转换成电能的方式不同，传声器可分为电容式传声器、压电式传声器等，其结构如图1-26所示。2．声级计声级计可直接测量出声压级，是现场噪声测量中最基本的噪声测量仪器，其外形如图1-27所示。图1-27声级计一般由传声器、输入放大器、计权网络、带通滤波器、输出放大器、检波器和显示装置组成其频响范围为20～20000Hz传声器将声音信号转换成电压信号，经放大后进行分析、处理，最后可通过显示装置直接读出声压级的分贝数。3．声强测量仪声强探头由两个传声器组成，具有明显的指向特性。声强测量仪可以在现场条件下进行声学测量和寻找声源，求出噪声发射功率，且不需要在声室、混响室等特殊声学环境中进行。图1-28声强测量仪声强测量仪由声强探头、分析处理仪器及显示仪器三部分组成，外形如图1-28所示。1．近场测量法三、噪声源与故障源的识别方法具体做法：用声级计在紧靠机电设备的表面扫描，并根据声级计的指示值大小来确定噪声源的部位。不能提供精确的测量值。通常用于机电设备噪声源和主要发声部位的一般识别或用作精确测量前的粗定位。2．主观评价和估计法借助于听音器进行测量，对于人耳达不到的部位，还可以借助于传声器、放大器、耳机系统。缺点：鉴别能力因人而异，需要有较丰富的经验；无法对噪声源进行定量的量度。3．表面振速测量法对于无衰减平面余弦波来说，从表面质点的振动速度可以得到一定面积的振动表面辐射的声强。将振动表面分割成许多小块、测出表面各点的振动速度。画出等振速图线，从而可形象地表达出辐射表面各点辐射声能的情况以及最强的辐射点。4．频谱分析法对于做往复运动的机械或做旋转运动的机械，都可在它们的噪声频谱信号中找到与转速和系统结构特性有关的纯音峰值。对测量得到的噪声频谱进行纯音峰值的分析，可用来识别主要噪声源。但纯音峰值的频率为好几个零部件所共有，这时就要配合其他方法，才能最终判定究竟哪些部件是主要噪声源。5．声强法已有很多种用于声强测量的双通道快速傅立叶交分析仪。声强探头具有明显的指向特性。声强测量法可在现场作近场测量，既方便又迅速，故受到各方面的重视。每6～8位同学组成一组，按照有关声学测试规范进行相关测量。一、实施方案1．组织形式

2．作业准备滚动轴承转子实验台、B&K2238声级计、声望传声器阵列。任务实施——噪声监测与诊断二、操作步骤①如图1-29所示，检查实验台电动机、轴承、接线等，安装拧紧轴承座。安装时，应注意两轴承座的同轴度。图1-29检查并安装设备图1-30传声器图1-31声望传声器阵列盘图1-32声望传声器阵列②安装传声器（见图1-30），将其逐一安装到声望传声器阵列盘（见图1-31）的指定位置；然后将摄像头安装到声望传声器阵列盘的指定位置，组装成声望传声器阵列（以下简称声阵列，见图1-32）。（a）采集卡数据连接（b）声阵列数据连接图1-33连接数据采集器与声阵列③连接数据采集器与声阵列，将每条线插口插到对应插孔中，并使用网线连接采集卡与计算机，如图1-33所示。图1-34传声器校准仪④打开传声器校准仪（见图1-34）的电源开关，选择校准仪输出声压级；将传声器插入传声器校准仪，测量传声器输出得到传声器的灵敏度。（a）设置路径⑤在计算机中设置声望传声器阵列的测试路径，设置各个传声器的灵敏度，根据采集需求设置采样频率，如图1-35所示。（b）设置传声器灵敏度（c）设置采样频率图1-35设置相关数据⑥先开启润滑油泵，然后开启实验台。站在距离实验台1

m处，手持B&K2238声级计测试并记录实验台运行时产生噪声的声压级。⑦将声望传声器阵列至于距离被测设备1m处，寻找噪声源并记录。图1-36通过实验台控制器改变输入驱动电动机转速⑧如图1-36所示，通过实验台控制器改变输入驱动电动机转速，重新进行步骤⑥与步骤⑦。表1-6不同转速下实验台噪声声压级⑨整理测试数据，填入表1-6中，并绘制转速-声压级曲线。转速/（r·min-1）声压级/dB转速/（r·min-1）声压级/dB250

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3000任务导入在工业生产中，温度同样是表征机电设备运行状态的重要指标。机电设备若出现故障，明显的特征便是温度升高，如润滑不良造成零件异常磨损。同时，温度的异常变化又是引发机电设备故障的一个重要原因，如橡胶零件在高温下失效。因此，温度监测技术在机电设备故障诊断体系中地位十分重要。本任务将简单介绍温度监测技术的相关知识。任务三认识温度监测技术任务三认识温度监测技术一、温度与温标1968年国际实用温标规定：热力学温度为基本温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。温度也可以用摄氏温度t表示，单位是摄氏度，符号为℃。二者的关系为（1-11）摄氏温度的数值是以273.15K为起点（t=0℃）；热力学温度则以0K为起点（t=-273.15℃），该温度称为绝对零度。二、温度监测方式接触式测温：将温度计和机电设备的表面接触，并经过足够长的时间以达到热平衡，此时两者的温度相等，温度计显示的温度即为机电设备表面的温度。非接触式测温：利用物体的热辐射能随温度变化的原理来测定机电设备的温度。项目接触式测温非接触式测温特点监测热容量小的物体、运动物体等的温度有困难；受环境的限制；可监测物体任何部位的温度；便于多点、集中监测和自动控制不会改变被测物体的温度分布；可监测热容量小的物体、运动物体等的温度；一般用于监测表面温度必要条件应与机电设备有良好的热接触；机电设备与监测设备接触时，要使前者的温度保持不变应能正确接收到机电设备的辐射；应明确知道监测设备的测温精度①或复现性②响应速度较慢快温度范围1000℃以下的温度温度范围较广，适合高温监测表1-8接触式测温和非接触式测温的比较注：①测温精度是指对温度标准值的不确定度或允许误差。

②复现性是指一定间隔内测温示值的最大可能变化值，是监测设备可靠程度的性能指标。三、温度监测设备表1-9常用的测温仪表、仪器分类测温方式分类名称作用原理接触式测温膨胀式温度计（液体式、固体式）液体或固体受热膨胀压力表温度计（液体式、固体式、蒸气式）封闭的固体容积中的液体、气体或某种液体的饱和蒸气受热体积膨胀或压力变化电阻温度计导体或半导体受热电阻变化热电偶温度计物体的热电性质非接触式测温光电高温计物体的热辐射光学高温计红外测温计红外热像仪红外热电视视野拓展集成温度传感器（见图1-37）是近年来被广泛使用的温度测量仪器，它具有测温精度较高、互换性好、体积小、使用方便、可靠性高以及成本低廉等特点。在选用集成温度传感器时，只需根据实际测温范围和测温精度的要求，选择合适的型号即可。图1-37集成温度传感器任务实施——温度监测一、实施方案1．组织形式每6～8位同学组成一组，按照有关热学测试规范进行相关测量。2．作业准备玻璃纤维复合板、加热灯、红外热像仪、计算机。二、操作步骤①将玻璃纤维复合板（见图1-38）置于支架上，连接红外热像仪（见图1-39）与计算机。图1-38玻璃纤维复合板

图1-38玻璃纤维复合板图1-39红外热像仪②如图1-40所示，将加热灯与红外热像仪置于支架的同侧，开启加热灯加热，每分钟记录一次玻璃纤维复合板的表面温度，一共记录15组数据。③完成步骤②后，关闭加热灯，使玻璃纤维复合板随室温冷却，冷却过程中每分钟记录一次玻璃纤维复合板的表面温度，再记录15组数据。④整理数据，填入表1-10中，并绘制玻璃纤维复合板加热与冷却的过程曲线。图1-40测量温度并记录时间/min加热过程温度/℃冷却过程温度/℃1

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表1-10加热、冷却过程中温度变化数据机电设备故障诊断与维修机械零件修复技术项目二任务导入利用机械连接、切削加工和机械变形等使失效的机械零件恢复原有功能的技术，称为机械修复技术。常用的机械修复技术包括金属扣合法、修理尺寸法、镶装零件法、局部换修法等。本任务将介绍各种机械修复技术的特点、方法和适应性等相关知识。任务一认识机械修复技术任务一认识机械修复技术1．修复技术的选择因素在修复机械零件的损伤缺陷时，选择修复技术的考虑因素：①该修复技术对材质的适应性。②该修复技术所能提供的最大修补厚度。③修补层的力学性能。④机械零件的工作状况和要求。⑤经济性和可行性。一、修复技术概述表2-1常见的机械零件修复技术选择举例常见的机械零件修复技术选择举例如表2-1所示。零件名称磨损部位修理方法达到公称尺寸达到修理尺寸轴轴上键槽堆焊修理键槽、转位新铣键槽键槽加宽，不大于原宽度的1/7，重新配键轴上螺纹堆焊，重车螺纹车成小一级螺纹装滑动轴承的轴颈及外圆柱面电刷镀、堆焊并加工至公称尺寸车削或磨削提高几何形状精度装滚动轴承的轴颈及过盈配合面电刷镀

外圆锥面

磨到较小尺寸孔圆锥孔镗孔后镶套刮削或磨削后修整形状孔径镶套、堆焊、电镀、粘补镗孔齿轮轮齿①齿轮局部断裂，堆焊加工成形②利用花键孔，镶新轮圈插齿大齿轮加工成负变位齿轮孔径堆焊、镶套、电刷镀磨孔配轴2．机械零件修复时的注意事项①注意保护不修理表面的精度，以及避免影响材料的力学性能。②注意有些修复技术（如堆焊）会造成零件的变形。③机械零件维修加工时应先恢复定位基准或新设定位基准。④有些修复技术可能导致机械零件产生微细裂纹，应注意安排提高疲劳强度的工艺措施和采取必要的探伤检验等手段。⑤在修复高速运动的机械零件时，应考虑安排平衡工序。金属扣合法借助高强度合金材料制成的扣合连接件（波形键），在槽内产生塑性变形或膨胀冷缩来完成扣合作用，以使裂纹或断裂部位重新连为一体。金属扣合法适用于不易焊补的钢件、不允许有较大变形的铸件或有色金属件，尤其对大型铸件的裂纹或折断面的修复效果显著。二、金属扣合法按照金属扣合的性质和特点，金属扣合法可分:强固扣合法强密扣合法优级扣合法热扣合法1．强固扣合法如图2-1所示，强固扣合法是在零件上裂纹的垂直方向加工出波形槽，将与波形槽形状、尺寸相吻合的波形键嵌入槽内，并在常温下铆击，使波形键产生塑性变形而充满波形槽，甚至部分嵌入基体内，达到相互扣合的目的。在机电设备使用时，由波形键承受外力。强固扣合法适用于一般强度要求的薄壁零件。1—裂纹；2—波形槽；3—波形键。图2-1强固扣合法示意图波形键的形状如图2-2所示，具体尺寸根据零件壁厚及受力大小而定，一般用韧性好、较软、冷硬性大的材料制造，常用材料为1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti奥氏体镍铬钢。波形键最好先用模具在压力机上冷冲压成形，再对键的两平面进行机械加工。波形槽的外廓形状和尺寸与波形键相吻合，并留有0.1～0.2mm的间隙，槽深取零件壁厚的0.7～0.8倍，一般用手电钻配以模具手工加工。这种方法尤其适用于大型零件现场施工。图2-2波形键的形状2．强密扣合法强固扣合法可保证一定强度条件，但是对于有密封要求的机件（如承受高压的气缸），应采用强密扣合法。图2-3强密扣合法缀缝栓材料可与波形键相同，也可用直径为5～8mm的低碳钢或纯铜等软质材料，以便于铆紧。缀缝栓与机件的连接与波形键相同。如图2-3所示，强密扣合法是在强固扣合法的基础上，在两波形键之间、裂纹或折断面的结合线上加工缀缝栓孔，并使后钻的缀缝栓孔稍微切入已装好的波形键和缀缝栓，形成一条密封的“金属纽带”，以达到阻止流体受压渗漏的目的。3．优级扣合法优级扣合法主要用于修复在工作过程中要求承受高载荷的厚壁机件。为了使载荷分布到更多的面积和远离裂纹或折断处，须在垂直于裂纹或折断面的方向上加工出一定形状的空穴，然后将形状、尺寸相同的钢制加强件镶入空穴中，并用缀缝栓连接，有时还可用波形键加强，如图2-4所示。加强件可根据需要设计成十字形、楔形、矩形或X形等。图2-4优级扣合法4．热扣合法热扣合法利用扣合件与零件配合面间的过盈量，使扣合件产生压应力，将零件的损坏部位扣紧，并可正常承受工作载荷。施工时把扣合件加热到一定温度，使其配合尺寸热胀增大，便可方便地将缀缝栓装到零件的配合面上。这种方法多用于修复机电设备的基础件、大型齿轮或皮带轮等，可利用两个圆环扣合在轮毂上，来修复轮毂的强度；也可用工字形键嵌入基体槽内，将基体上的裂纹扣紧。扣合件产生的压应力减去工作时零件承受的载荷后，应保证有足够的剩余压应力来扣紧零件的损坏部位。因此，扣合件配合面的过盈量必须经计算确定。此外，两配合面必须精加工，以保证尺寸精度和几何精度。零件的配合表面磨损后，会产生尺寸误差和形状误差。修理尺寸法即按新确定的尺寸，采用切削加工的方法，恢复零件的形状和表面粗糙度，而与此件相配合的零件按新尺寸配作，保证原有配合性质不变。重新确定的尺寸称为修理尺寸。三、修理尺寸法确定修理尺寸时，应先考虑零件结构的可能性和零件强度是否足够，再考虑切削加工余量。如:对轴颈尺寸减小量，一般规定不超过原设计尺寸的10%；轴上的键槽磨损后，可根据实际情况放大一级。若相配合的零件产生磨损，可在结构和强度允许的条件下，镶加一个零件补偿磨损，恢复原有零件精度，该修复方法称为镶装零件法。四、镶装零件法1—磨损件；2—镶套；3—螺钉。图2-5孔磨损后的修复例如，零件上的孔磨损后，可将孔镗大安装镶套，镶套与孔的配合适当过盈，再用螺钉紧固，如图2-5所示。镶套的内孔可按配合要求先加工好，也可镶入后再镗削加工。镶装零件法分为:扩孔镶套补强板加固若较大的铸件发生裂纹，则可采用补强板加固维修。维修时，首先在裂纹末端钻止裂孔（直径为3～6mm），防止因应力集中导致裂纹扩大，然后用钢板螺钉加固铸件，如图2-6所示。四、镶装零件法1—裂纹；2—钢板螺钉；3—补强板；4—止裂孔。图2-6较大铸件裂纹的修复在机电设备的运行过程中，有些零件只有部分部位有磨损，而其他部位正常。在这种情况下，可将磨损严重的部位切除，将这部分重制零件，用机械连接、焊接或粘接的方法固定在原来的零件上，使零件得以修复，这种方法称为局部修换法。五、局部换修法图2-7采用局部换修法维修齿轮如图2-7所示为采用局部换修法维修一小齿轮轮齿磨损严重的双联齿轮，可将磨损严重的小齿轮轮齿切去，重制一个小齿轮，用键连接，并用骑缝螺钉加以固定。

任务实施——采用金属扣合法修复破损零件1．组织形式每6～8位学生组成一组，以组为单位采用金属扣合法修复破损零件。破损零件可以是不易焊接的钢件或有色金属件。一、实施方案铣床、钻床、破损零件、钳工工具等。2．作业准备1．前处理1）加工波形键按照规定的结构尺寸（见图2-2）加工波形键，其中，颈部宽度b取3～6

mm，其他参数按照公式计算选取，凸缘数目根据零件受力情况而定，通常选用5、7、9个。波形键的具体加工过程为：首先选择1Cr18Ni9镍铬钢或Ni36高镍合金钢作为原料；其次经过冷冲压形成波形键两侧的波形；然后利用机电设备完成上、下平面的加工和凸缘圆弧的修整；最后进行热处理，直到波形键的硬度达到140

HBW左右。二、操作步骤2）加工波形槽波形槽槽深T为零件壁厚的0.7～0.8倍，其余尺寸与波形键相同，波形槽间距为。波形槽的具体加工过程为：首先画出波形槽的位置线；然后利用钻床加工波形槽各凸缘孔及凸缘间孔，锪孔至要求深度；最后用钳工工具修整宽度和侧平面，注意应保证波形槽和波形键之间的配合间隙。2．扣合与铆击1）强固扣合首先，用大约0.3

MPa的压缩空气把波形槽清理干净，并将波形键镶入波形槽中；然后，用铆钉枪击打波形键，应由两端向中间依次对称击打，使波形键在槽中完全充满；最后，击打裂纹上的凸缘，注意击打力不要过大，避免使裂纹扩展。2）强密扣合在强固扣合的基础上，再在波形键之间、裂纹或折断面的结合线上，加工出紧密排列的缀缝栓孔，并栽入涂有无机胶的缀缝栓，形成一条密封的缀缝栓金属带，以防流体受压渗漏。3．后处理将修复后的零件放在光整设备上进行修整，直至零件尺寸达到原设计图纸要求。任务导入任务二认识电镀修复技术电镀是利用电解使零件表面形成一层均匀、致密、结合力强的金属沉积层（即镀层）的过程。镀层不但可以装饰产品外观，还能用于恢复磨损零件的尺寸或改善零件表面的性质（如提高耐磨性、耐腐蚀性及表面导电性等）。因此，电镀是机械零件修复的一种很有效的方法。本任务将介绍电镀修复技术的相关知识。任务二认识电镀修复技术1．电镀的基本原理如图2-8所示为电镀基本原理示意图。在镀槽中装入电解液（即镀液），并悬挂阴极和阳极。阴极为电镀的零件，接直流电源负极；阳极为与镀层材料相同的极板（镀铬除外），接电源正极。电解液一般为所要镀覆金属的盐类水溶液，镀铬则采用铬酸溶液。一、电镀概述1—电解液；2—阳极；3—阴极；4—正离子；5—未电离的分子；6—负离子。图2-8电镀基本原理示意图当电流通过电解液时，会发生电解过程，在电场力的作用下，带正电荷的阳离子向阴极方向移动；带负电荷的阴离子向阳极方向移动。电解液中的阳离子为所需镀覆的金属离子和氢离子，金属离子在阴极表面得到电子，生成金属原子，并覆盖在阴极表面上。同时，氢离子也从阴极表面得到电子，生成氢原子，一部分进入零件镀层，另一部分逸出镀槽。上述在镀槽中电镀的方法称为槽镀。2．电镀设备主要包括：直流电源、镀槽、阳极和电源导线，还有按一定配方配制的电解液。辅助设备和管理设备：过滤机、加热或降温设备、试验设备、检测设备等。3．影响电镀质量的一般因素电镀质量即镀层的质量，它由两方面评定：一是镀层与基体金属的结合牢固程度，应无起皮、脱落现象；二是镀层表面不可有针孔、麻点、疏松、斑痕和毛刺等缺陷。若电流密度较小，则会形成粗结晶的镀层；反之，会形成细小晶粒的组织结构。但若电流密度过大，则镀层中的氢含量会增多，从而使镀层发脆、硬度过高，甚至产生镀焦、疱瘤状镀层等缺陷。1）电流密度提高电解液温度能获得粗晶粒结构，使金属易于析出，令镀层具有松软的组织结构。2）电解液温度增加电解液浓度可获得细小晶粒的镀层。3）电解液浓度镀层中包含过量的氢会令镀层变硬发脆，容易从基体金属上脱落。4）氢影响电镀质量的一般因素：1．镀铬1）镀铬的性质镀铬硬度高、耐磨性好，与钢、镍、铜等基体金属有较高的结合强度，且耐热、耐腐蚀。镀铬的内应力很小，不易产生变形。镀层呈微蓝的银白色，外表美观，不易失去光泽。多孔镀铬可在镀层表面产生均匀的点状和网状沟纹，能够储存润滑油，改善零件的润滑性能。2）镀铬的应用镀铬可分为硬铬、乳白铬、多孔铬、黑铬、防护装饰铬等。二、镀铬与镀铁①硬铬具有很高的硬度和耐磨性，可提高零件表面的耐磨性，延长使用寿命。硬铬常用于气缸、模具、量具、轴、滚筒等零件，也可用于修复磨损量较小的零件。②乳白铬的硬度比硬铬稍低，结晶细致，网纹较少，因此韧性较好。乳白铬主要用于镀覆各种量具，或用于受冲击载荷零件的尺寸恢复和表面装饰。③多孔铬的表面有无数网状沟纹和点状孔隙，能吸附一定量的润滑油，故具有良好的润滑性，适用于活塞环、镗杆、主轴、气缸套等摩擦件的镀覆。④黑铬能吸收光能，具有特殊的装饰效果，但耐磨性较低，适用于照相器材、光学仪器等的镀覆。⑤防护装饰铬用于表面装饰，其光泽在大气中经久不衰。不同类型镀铬的应用场合：3）镀铬的一般工艺（1）镀前准备分为以下三个步骤:镀前加工。去除零件的表面缺陷、锐角，恢复零件正确的几何外形，达到所需的粗糙度。磨削零件时，注意磨削量应尽量小，使零件镀覆后容易恢复到工作尺寸。绝缘处理。在不需要电镀的表面进行绝缘处理，先刷绝缘漆，再包扎乙烯塑料带，零件孔要用铅堵牢。镀前清洗。镀前须用有机溶剂苯、丙酮等去除零件表面的油脂、氧化皮、锈迹等；然后，用弱酸活化零件表面，去除氧化层，生成钝化膜。(2）镀液的选择修复磨损零件经常使用的镀液成分为：铬酐（CrO3）150～250g/L，硫酸1～2.5g/L，三价铬2～5g/L；工作温度为55～60℃；电流密度为15～50A/dm2。（3）电镀以铅或铅锑合金作为阳极，将零件和挂具作为阴极吊入镀槽内。不通电，浸0.5～4min，以溶解钝化膜，露出活化表面。然后，通电进行电镀。根据镀铬层的要求选定电镀规范，控制电镀时间。（4）镀后加工处理镀后检查镀层质量，尺寸不合格须补镀。若镀层有起泡、剥落等缺陷，则须用酸洗或阳极电解法退镀，然后重新电镀。零件镀后须用热水充分清洗并干燥，磨削加工至规定尺寸。镀层较薄的直接镀到规定尺寸。镀层厚度大于0.1mm的，应进行镀后热处理，以消除表面脆性，提高镀层韧性和结合强度。热处理一般在矿物油或空气中进行，温度为150～250℃，时间为1～5h。2．镀铁2）镀铁的应用可用于修复有润滑的一般机械磨损条件下工作的间隙配合副的磨损表面。可用于修复过盈配合副的磨损表面和用于补偿零件加工尺寸的超差。可用镀铁作为底层或中间层，补偿磨损的尺寸，然后再镀防腐蚀性能好的镀层。不宜用于修复在高温、腐蚀环境、承受较大冲击载荷、干摩擦或磨料磨损工作条件下工作的机械零件。1）镀铁的性质成分：纯铁，能在常用的金属材料（如碳钢、低合金钢、铸铁等）表面上得到力学性能良好的镀层。强度：镀铁与基体结合强度可达到200MPa以上。硬度为45～60HRC，并具有较高的耐磨性和耐蚀性。3）低温镀铁的一般工艺镀铁一般采用不对称交流-直流低温镀铁工艺，该工艺成本低、污染小、沉积效率高，应用十分广泛。不对称交流-直流低温镀铁工艺是在较低温度下，以不对称交流电起镀，逐渐过渡到直流。不对称交流是指将对称交流电通过一定手段使两个半波不相等。通电后，较大的半波使零件呈阴极极性，镀上一层金属，较小的半波使零件呈阳极极性，再将一部分镀层电解掉（若为两个相等的半波，镀层甚至基体金属将被电解掉），如此往复进行镀覆，逐渐增厚镀层。1．电刷镀的工作原理电刷镀又称金属笔镀或快速电镀，它是借助电化学方法，以浸满镀液的镀笔为阳极，使金属离子在阴极（零件）表面上放电结晶，形成金属覆盖层的工艺，如图2-9所示。三、电刷镀图2-9电刷镀如图2-10所示，进行电刷镀工作时，零件接电源的负极，镀笔接电源的正极，将浸满溶液的棉花和针织套包裹在镀笔阳极上，擦拭零件表面，溶液中的金属离子在零件表面与阳极相接触的各点上发生放电结晶，并随时间增长逐渐加厚。由于零件与镀笔有一定的相对运动，因而对镀层上的各点来说，电刷镀是一个断续结晶过程。1—零件；2—电刷镀溶液；3—注液管；4—包套；5—镀笔；6—电源；7—镀笔阳极；8—拾液盘。图2-10电刷镀的工作原理2．电刷镀设备按用途分为：镀前表面处理溶液、镀液、钝化液和退镀液。电刷镀溶液电镀刷设备包括：镀笔直流电源1）电刷镀溶液（1）镀前表面处理溶液镀前表面处理溶液的作用是除去镀件表面油脂和氧化膜，以获得结合牢固的刷镀层。（2）镀液镀液即所要镀覆金属的盐类水溶液。根据化学成分分为：单金属镀液、合金镀液和复合金属镀液。电刷镀的镀液性能稳定，可循环使用。表2-3电刷镀常用镀液名称特点用途工艺参数工作电压/V相对速度/(m·min-1)耗电系数/[Ah·(dm2·μm)-1]特殊镍深绿色，pH<2.0，与多数金属结合良好，镀层致密，耐磨性好用于钢、不锈钢、铬、铜等零件的过渡层，也可作耐磨表面层10～185～100.744快速镍蓝绿色，pH=7.5，沉积速度快，镀层有一定孔隙，耐磨性良好用于零件表面工作层、铸铁件镀底层8～146～120.104低应力镍深绿色，pH=3～4，预热50℃刷镀，镀层致密，应力低专用作组合镀层的夹心层，改善应力状态，不宜作耐磨层使用10～166～100.214镍-钨深绿色，pH=2～3，镀层较致密，平均硬度高，耐磨性好，有一定耐热性用于耐磨工作层，但不能沉积过厚，一般为0.03～0.07mm10～154～120.214铁合金pH=3.4～3.6，硬度高，耐磨性高于淬火45钢，与金属基体结合良好主要用于修复零件表面尺寸，强化表面，提高耐磨性5～1525～300.090碱性铜紫色，pH=9～10，沉积速度快，腐蚀小，镀层致密，具有良好的结合强度用于快速恢复尺寸，填充沟槽，特别适用于在铝、铸铁、锌等难镀件上刷镀8～146～120.079（3）钝化液钝化液主要用于刷镀铝、锌、镉层后的钝化处理，生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜。常用的钝化液有铬酸钝化液、硫酸盐及磷酸盐钝化液等。（4）退镀液退镀液主要用于退除镀件不合格镀层或损坏的镀层，使用退镀液时应注意对基体的腐蚀问题。2）镀笔镀笔主要由阳极、密封圈、螺母、散热手柄体、绝缘手柄、导电杆和电缆线插座组成，如图2-11所示。1—阳极；2—密封圈；3—螺母；4—散热手柄体；5—绝缘手柄；6—导电杆；7—电缆线插座。图2-11镀笔结构阳极材料一般为高纯度的石墨或铂-铱合金。阳极根据零件的形状可制成圆柱形、平板形、瓦片形等形状，并用棉花和针织套包裹，用来贮存镀液、过滤石墨粒子，以及防止阳极与零件直接接触。散热手柄体为不锈钢或铝合金制作，一端连接阳极，另一端连接导电杆。绝缘手柄为塑料或胶木制作，套在用纯铜做的导电杆外面。导电杆与电源电缆接头相连3）直流电源直流电源（见图2-12）用于控制电刷镀时的电流密度，其主要由整流电路、镀层厚度计、正负极转换装置、过载保护电路和各种开关仪表等组成。图2-12直流电源①修复槽镀产品的缺陷。②修复加工超差件及零件的表面磨损，恢复其尺寸精度和几何形状精度。③修复零件表面的划伤、沟槽、凹坑、斑蚀。④强化新品表面，使其具有较高的力学性能和较好的物化性能。⑤制备零件表面的防护层，如要求表面耐腐蚀、耐高温、耐氧化，对铝及铝合金表面进行氧化处理。⑥完成槽镀难于完成的作业，如大型零件的电镀、拆装困难零件的电镀、零件浸入镀槽会引其他部位损坏的电镀。3．电刷镀的应用电刷镀的应用：1）镀前处理镀件在电刷镀之前应进行表面处理，包括表面修整、表面电净处理和表面活化处理。（1）表面修整表面修整是指使用机械加工的方法去除零件表面的毛刺、疲劳层、磨损，使表面光洁平整，并修正几何形状，表面粗糙度达到要求（一般Ra值不大于1.6μm）。若镀件表面有油污，则应用清洗剂清洗；若镀件表面有锈蚀物，则应用机械方法清除。（2）表面电净处理表面电净处理是指在表面修整的基础上，用镀笔蘸电净液进行的镀前处理。通电后，电净液成分离解，形成气泡，撕碎零件表面油膜，去除其表面油脂。电净时，零件一般接电源负极。电净处理后，零件表面用清水彻底冲净。4．电刷镀的一般工艺（3）表面活化处理表面活化处理是指使用活化液通过腐蚀作用去除零件表面的氧化膜，以便提高镀层结合力。活化时，镀件接电源正极，用镀笔蘸活化液反复在刷镀表面刷抹。活化处理后，零件表面用清水彻底冲净。2）镀件刷镀镀件刷镀时，先刷镀过渡层，再刷镀工作层。过渡层的作用是改善基体金属的可镀性和提高工作镀层的稳定性。若需要刷镀的镀层较厚，则可采用多种性能的镀层交替刷镀，这种镀层称为组合镀层。3）镀后处理镀件刷镀完毕后，应先清洗镀件并干燥，然后检查镀层色泽，观察其有无起皮等缺陷，并测量镀层厚度。若镀件不再机械加工，则应涂油防锈。

任务实施——采用电镀修复技术修复磨损主轴1．组织形式每6～8位学生组成一组，以组为单位采用电镀修复技术修复磨损主轴。一、实施方案钢丝刷、丙酮、电镀设备、磨床、磨损主轴等。2．作业准备1．镀前处理用钢丝刷或丙酮对磨损主轴（见图2-13）进行处理，以保证后续形成的镀层与磨损区域的结合力。二、操作步骤图2-13磨损主轴首先将镀件（即磨损主轴）放在电镀设备上，选用特殊镍、碱铜等作为底层，厚度一般为2～5

μm；然后将底层镀上金属镀层，厚度为0.3～0.5

mm；最后对主轴磨损区进行修复。为确保修复后的轴径尺寸与图样保持一致，电镀过程中，应确保电镀后的轴径尺寸大于图样要求。2．镀件电镀3．镀后处理使用磨床磨削电镀后的主轴，直至电镀区的轴径尺寸符合原设计图纸要求。任务导入焊接修复技术是利用焊接方法修复失效零件的技术，该技术可用于恢复零件尺寸和形状，也可使零件表面获得特殊性能。焊接修复技术应用广泛，具有焊修质量好、效率高、成本低、操作简便、便于现场施工等特点。虽然焊接修复技术还有一些技术缺陷，但随着技术的进步，它的缺点大部分都已被克服。本任务将介绍焊接修复技术的相关知识。任务三认识焊接修复技术任务三认识焊接修复技术1）耐磨堆焊耐磨堆焊可减轻焊件表面的磨粒磨损、腐蚀、冲击或气蚀。2）包层堆焊包层堆焊是在碳钢或者合金钢母材上堆焊一定厚度的填充金属，可使焊件表面具有耐腐蚀性。3）隔离层堆焊隔离层堆焊是指在焊接异种材料，或有特殊要求时，为了保证接头的质量和性能，预先在母材表面或接头的坡口上熔敷一定成分的金属层（又称隔离层）。4）增厚堆焊增厚堆焊可在焊件表面、接头边缘，为了恢复或达到构件所要求尺寸而添加金属。一、堆焊1．堆焊的分类常用的堆焊方法有氧-乙炔焰堆焊、电弧堆焊、等离子弧堆焊、埋弧自动堆焊等，它们的使用设备和特点如表2-5所示。2．堆焊的方法表2-5常用的堆焊方法及其使用设备和特点堆焊方法使用设备特点氧-乙炔焰堆焊使用焊丝和焊剂，常用合金铸铁及镍基、铜基的实心焊丝；设备有乙炔瓶、氧气瓶、解压器、焊炬和辅助工具等成本低，操作较复杂，多用于修复批量不大的零件；火焰温度较低，稀释率小，单层堆焊厚度可小于1

mm，堆焊层表面光滑电弧堆焊使用堆焊焊条；设备有焊条电弧焊机、焊钳及辅助工具等用于小型或复杂形状零件的堆焊修复和现场修复；操作灵活，成本低等离子弧堆焊使用合金粉末或焊丝作为填充金属；设备成本高温度高，热量集中，稀释率低，熔敷率高，堆焊零件变形小，外形美观；易于实现机械化和自动化埋弧自动堆焊使用焊丝和焊剂；设备为埋弧堆焊机，其具有送丝机构，随焊机托板沿零件轴向移动用于具有大平面和简单圆形表面零件的堆焊修复；具有堆缝光洁，结合强度高，修复层性能好，效率高，应用广泛等优点常用的堆焊合金有铁基堆焊合金、钴基堆焊合金、镍基堆焊合金、铜基堆焊合金和碳化钨堆焊合金。堆焊合金选择步骤:3．堆焊合金分析工作条件，确定失效类型及其对堆焊层的要求。①按一般规律选择几种可行的堆焊合金和堆焊方法。②分析堆焊合金与基材的相容性，同时要考虑热引力和裂纹倾向的大小，初步制订堆焊工艺。③进行堆焊试验。④根据使用寿命和成本进行评价，确定堆焊材料和堆焊方法的最佳组合方案。⑤制订严密的堆焊工艺。⑥4．堆焊的一般工艺堆焊的一般工艺步骤如下:①焊前准备。进行堆焊层母材表面处理，将表面铁锈等所有污物去除干净，确定表面处理干净；对焊体内表面进行渗透探伤，有缺陷的要进行处理。②焊条烘干。焊接时焊条应放在保温筒内，保温筒随时带电保温，保持干燥。焊条在空气中暴露时间不大于4h。③预热。采用履带、保温棉保温，将履带均匀布置在焊体上并用保温棉完全包裹起来，尽可能保证加热均匀。④堆焊。堆焊时采用直流反接，焊条与焊件表面尽量保持垂直状态，运条要快且直。室外工作应有挡风措施。⑤检测。在堆焊完过渡层、堆焊完盖面层、环缝组对前和打压后各进行一次整体渗透探伤。若有缺陷，则须按要求返修。钢制零件的补焊一般应用电弧焊。低碳钢零件焊接性良好；中、高碳钢零件焊接性差，容易在不同区域产生热裂纹、冷裂纹和氢致裂纹。为了防止中、高碳钢零件在补焊过程中产生裂纹，可以采取以下措施:①零件焊前预热，中碳钢一般为150～250℃，高碳钢为250～350℃。②尽可能选用低氢焊条，以增强焊缝的抗裂性。③采用多层焊，使结晶粒细化，改善性能。④焊后热处理，以消除残余应力。一般中、高碳钢焊后先采取缓冷措施，再进行高温回火，推荐温度为600～650℃。二、补焊1．钢制零件的补焊补焊是指为修补锻件、机械加工件、铸件等的缺陷而进行的焊接。铸铁零件在机电设备中所占比例较大，而且很多是重要的基础件。由于这些零件体积大、结构复杂、加工制造周期长，所以损坏后常需补焊修复。铸铁零件在补焊时，有以下特点:①铸铁的含碳量高，焊接性能差。焊接时，由于零件吸热、冷却速度快，在焊缝处易产生白口组织，其硬度高，难以切削加工，而且易产生裂纹。②由于铸铁件结构复杂，补焊时会产生较大的焊接应力，容易引起零件变形，薄弱部位产生裂纹。③铸铁件由于易受腐蚀，补焊很困难。2．铸铁零件的补焊表2-6铸铁零件的补焊方法补焊方法特点气焊热焊法焊前预热至600℃左右，在400℃以上施焊，焊后在650～700℃保温缓冷。采用铸铁填充料，焊件应力小，不易裂，可加工冷焊法焊前不预热，只用焊炬烘烤坡口四周或加热减应区，焊后缓冷。采用铸铁填充料，焊后不易裂，可加工，但减应区选择不当有开裂危险电弧焊热焊法采用铸铁心焊条，温度控制同气焊热焊法，焊后不易裂，可加工半热焊法采用钢心石墨型焊条，预热至400℃，焊后缓冷，强度与母材近似，但加工性不稳定冷焊法采用非铁组织焊条，焊前不预热，要严格执行冷焊工艺要点，焊后性能因焊条而异钎焊用气焊火焰加热，铜合金作钎料，母材不熔化，焊后不易裂，加工性好，强度因钎料而异常用铸铁零件的补焊方法较多，如灰铸铁件的补焊可选用电弧焊冷焊法，球墨铸铁的补焊可选用气焊热焊法，具体如表2-6所示，可供选用时参考。

任务实施——采用堆焊修复技术修复受损轧辊1．组织形式每6～8位学生组成一组，以组为单位采用堆焊修复技术修复受损轧辊。一、实施方案焊接专用设备、堆焊焊条、机加工设备、热处理设备、受损轧辊等。2．作业准备1．前处理1）无损探伤堆焊修复前要用专用检测设备对受损轧辊进行无损探伤（见图2-15），以确定零件受损部位及破坏形式。二、操作步骤图2-15对受损轧辊进行无损探伤2）焊前处理首先，对受损轧辊表面进行粗车加工，去除轧辊表面的疲劳层及裂纹缺陷。然后，清洗除油、去除氧化铁皮等。最后，修磨破损区域，注意不得有气孔、夹渣、裂纹等，以使后续形成的堆焊层具有较强的结合力。3）零件预热因为受损轧辊的辊径大、刚性大、冷却速度快，容易产生焊接裂纹，所以需要在焊接前对其预热。预热时