第1章機電設備維修的基礎知識(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 1)在設計上，力求結構簡單、傳動鏈短、零件數少、調整環節少且簡便、聯接可靠。 2）盡可能采用獨立的結構單元，分離方便，整個單元能迅速更換，有利于提高維修性，保證維修質量。 3）設法提高系統中最低可靠度零件的可靠度。 4）盡量選用可靠度高的標準件。 5）避免采用容易出現疏忽、維護和操作錯誤的結構。 6）結構布置要能直接檢查和修理，如油畫指示器位置應便于觀察油面；要設置檢查孔等。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 7）合理規定維修期，維修期過長，可靠度下降，如潤滑油變質、配合間隙過大。 8）必要時增加備用系統，如雙列滾動軸承，重要的液體動壓滑動軸承備有兩套系統。 9）設置監測系統 ,及時報警故障 ,如進行溫度監測、微裂紋監測。 10) 增加過載保護裝置和自動停機裝置。 （ 2）根據可靠性規律制定相應的維修制度 故障率呈正指數型的機械設備有明顯的耗損故障期，應在它到來之前及時進行維修，這就是維修行業歷來采用的定期檢修制。 沒有耗損故障期的機械設備，不僅沒有必要定期檢修，而且每次檢修后出現早期故障反而降低了可靠性，像飛機這樣的可修復的復雜系統沒有耗損故障，因此不用定期檢修。 故障率呈常數型的機械設備，其可靠性只受隨機因素影響，定期檢修不能預防隨機故障。通過分析隨機因素，盡量減少隨機因素的發生概率或采用并聯系統，就能夠避免故障的產生。 返 回 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 機械零件失效形式及其對策 在設備使用過程中，機械零件由于設計、材料、工藝及裝配等各種原因，喪失規定的功能，無法繼續工作的現象稱為失效。當機械設備的關鍵零部件失效時，就意味著設備處于故障狀態。機器故障和機械零件的失效密不可分。機械設備類型很多，其運行工況和環境條件差異很大。機械零件失效模式也很多，主要有磨損、變形、斷裂、蝕損等四種普通的、有代表性的失效模式。 零件的磨損及其對策 相接觸的物體相互移動時發生阻力的現象稱為摩擦。相對運動的零件的摩擦表面發生尺寸、形狀和表面質量變化的現象稱為 磨損 。 摩擦是不可避免的自然現象；磨損是摩擦的必然結果，兩者均發生于材料表面。 摩擦與磨損相伴產生，造成機械零件的失效。當機械零件配合面產生的磨損超過一定限度時，會引起配合性質的改變，使間隙加大、潤滑條件變壞，產生沖擊，磨損就會變得越來越嚴重，在這種情況下極易發生事故。一般機械設備中約有 80%的零件因磨損而失效報廢。 據估計，世界上的能源消耗約有 30%~50%是由于摩擦和磨損造成的。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 磨損過程 以摩擦副為主要零件的機械設備 ,在正常運轉時 ,機械或零部件的磨損過程一般可分為磨合（跑合）階段、穩定磨損階段和劇烈磨損階段 ,如圖 18所示。 1） 磨合階段 如圖中的OA線段，又稱跑合階段。 2） 穩定磨損階段 經過磨合階段，摩擦副表面發生加工硬化，微觀幾何形狀改變，建立了彈性接觸條件。 0 A B 時間 磨 損 量 劇烈磨損階段 穩定磨損階段 磨合階段 圖 機械磨損過程 3） 劇烈磨損階段 經過 B點以后，由于摩擦條件發生較大的變化，如溫度快速升高，金屬組織發生變化，間隙變得過大，沖擊增大，潤滑油膜易破壞，磨損速度急劇增加，機械效率下降、精度降低等，從而導致零件失效，機械設備無法正常運轉。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 磨損類型及磨損機理 按摩擦表面破壞的機理和特征不同，磨損可分為以下幾種類型：粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損。 粘著磨損 粘著磨損又稱為粘附磨損，是指當構成摩擦副的兩個摩擦表面相互接觸并發生相對運動時，由于粘著作用，接觸表面的材料從一個表面轉移到另一個表面所引起的磨損。 根據零件摩擦表面的破壞程度，粘著磨損可分為輕微磨損、涂抹、檫傷、撕脫和咬死等五類。 粘著磨損機理：在載荷和相對運動作用下，兩接觸點間重復產生 “ 粘著 —剪斷 — 再粘著 ” 的循環過程，使摩擦表面溫度顯著升高，油膜破壞，嚴重時表層金屬局部軟化或熔化，接觸點產生進一步粘著。 磨料磨損 磨料磨損也稱為磨粒磨損，它是當摩擦副的接觸表面之間存在著硬質顆粒，或者當摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多時，所產生的一種類似金屬切削過程的磨損。 根據摩擦表面所受的應力和沖擊的不同，磨料磨損的形式可分為鏨削式、高應力碾碎式和低應力擦傷式三類。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 磨料磨損的機理：屬于磨料顆粒的機械作用，磨料的來源有外界砂塵、切屑侵入，流體帶入、表面磨損產物、材料組織的表面硬點及夾雜物等。 目前，關于磨料磨損機理有四種假說： （ 1）微量切削 （ 2）壓痕破壞 （ 3）疲勞破壞 （ 4）斷裂 疲勞磨損 疲勞磨損是摩擦表面材料微觀體積受循環接觸應力作用產生重復變形，導致產生裂紋和分離出微片或顆粒的一種磨損。 疲勞磨損機理：疲勞磨損的過程就是裂紋產生和擴展的破壞過程。 根據裂紋產生的位置，疲勞磨損的機理有兩種情況： （ 1）滾動接觸疲勞磨損 （ 2）滾滑接觸疲勞磨損 疲勞磨損分類 （ 1）非擴展性疲勞磨損 （ 2）擴展性疲勞磨損 根據摩擦表層發生的現象，可以認為疲勞磨損過程是由三個發展階段組成，表面的相互作用；在摩擦力影響下，接觸材料表層性質的變化；表面的破壞和磨損微粒的脫離。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 由于其腐蝕本身可能是化學的或電化學的性質，故腐蝕磨損的速度與介質的腐蝕性質和作用溫度有關，也與相互摩擦的兩個金屬形成的電化學腐蝕的電位差有關。介質腐蝕性越強，作用溫度越高，腐蝕磨損速度越快。 腐蝕磨損 在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質發生化學反應或電化學反應，引起金屬表面的腐蝕剝落，這種現象稱為腐蝕磨損。它是在腐蝕磨損與機械磨損、粘著磨損、磨料磨損等相結合時才能形成的一種機械化學磨損。 因此，腐蝕磨損的機理與前述三種磨損的機理不同。腐蝕磨損是一種極為復雜的磨損過程，經常發生在高溫或潮濕的環境下，更容易發生在有酸、堿、鹽等特殊介質的條件下。 按腐蝕介質的不同類型，腐蝕磨損可分為氧化磨損和特殊介質下的腐蝕磨損兩大類 （ 1）氧化磨損 （ 2）特殊介質下的腐蝕磨損 微動磨損 兩個接觸表面由于受相對低振幅振蕩運動而產生的磨損稱為微動磨損。它產生于相對靜止的接合零件上，因而往往易被忽視 。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 微動磨損的最大特點是：在外界變動載荷作用下，產生振幅很小（小于100μ m，一般為 2～ 20μ m）的相對運動，由此發生摩擦磨損。例如在鍵聯接處、過盈配合處、螺栓聯接處、鉚釘聯接接頭處等結合上產生的磨損。 微動磨損使配合精度下降，過盈配合部件結合緊度下降甚至松動，聯接件松動乃至分離，嚴重者引起事故。微動磨損還易引起應力集中，導致聯接件疲勞斷裂。 微動磨損是一種兼有磨料磨損、粘著磨損和氧化磨損的復合磨損形式。 三、防止或減少磨損的對策 根據磨損的理論研究，結合生產實踐經驗，防止或減少磨損的方法與途徑有以下幾方面。 潤滑 正確選擇材料 進行表面處理 合理的結構設計 改善工作條 提高修復質量 正確使用和維護。 對于幾種基本的磨損類型，防止或減少磨損的方法與途徑見表 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 表 防止或減少磨損的方法與途徑 磨損類型 防止或減少磨損的方法與途徑 粘著磨損 ，如適當選用脆性材料、互溶性小的材料、多相金屬等； ，保證摩擦面間形成流體潤滑狀態； ； 磨粒磨損 ； ； ，采用相應的表面處理工藝； ； 疲勞磨損 ； ，消除殘余內應力； ； 腐蝕磨損 氧化磨損 ，應控制其滑動速度，反之則應控制接觸載荷； ，保證氧化膜不受破壞； ，并適量加入中性極壓添加劑； 特殊介質腐蝕磨損 ，形成化學結合力較高、結構致密的鈍化膜； ； ； 微動磨損 ，加工和裝配工藝； ； ； ； 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 零件的變形及其對策 機械零件或構件在外力的作用下，產生形狀或尺寸變化的現象稱為變形。過量的變形是機械失效的重要類型，也是判斷韌性斷裂的明顯征兆。 機械零件或構件的變形可分為彈性變形和塑性變形兩大類。 1）彈性變形 2）塑性變形 3）防止和減少機械零件變形的對策 變形是不可避免的，我們可從下列四個方面采取相應的對策防止和減少機械零件變形。 （ 1）設計方面 1）正確選用材料，注意工藝性能。 2）合理布置零件，改善零件的受力狀況。 3）在設計中，注意應用新技術、新工藝和新材料，減少制造時的內應力和變形。 （ 2）制造方面 在制定毛坯制造工藝時，要重視變形的問題，采取各種工藝措施，以減少毛坯的殘余應力。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 在制定零件機械加工工藝規程中，均要在工序、工步的安排上，工藝裝備和操作上采取減少變形的工藝措施。 在加工和修理過程中要減少基準的轉換，保留加工基準給維修時使用，減少維修加工中因基準不統一而造成的誤差。使最終變形量符合要求，達到減少變形的目的。 （ 3）修理方面 在修理中，既要滿足恢復零件的尺寸、配合精度、表面質量等技術要求，還要檢查和修復主要零件的形狀、位置誤差。 （ 4）使用方面 加強設備管理，制定并嚴格執行操作規程，加強機械設備的檢查和維護，不超負荷運行，避免局部超載或過熱等。 零件的斷裂及其對策 斷裂是零件在機械、熱、磁、腐蝕等單獨作用或者聯合作用下，其本身連續性遭到破壞，發生局部開裂或分裂成幾部分的現象。 盡管與磨損、變形相比，機械零件因斷裂而失效的機會很少，但機械零件的斷裂往往會造成嚴重的機械事故，產生嚴重的后果，是一種最危險的失效形式。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 二、減少或消除機械零件斷裂的對策 1．設計 在金屬結構設計上要合理 ,盡可能減少或避免應力集中 ,合理選擇材料。 2．工藝 采用合理的工藝的結構 ,注意消除殘余應力 ,嚴格控制熱處理工藝。 3．使用 按設備說明書操作、使用機電設備 ,嚴格杜絕超載使用機電設備。 機械故障診斷技術概論 設備出現故障后，使某些特性改變，產生能量、力、熱及摩擦等各種物理和化學參數的變化，發出各種不同的信息。捕捉這些變化的征兆，檢測變化的信號及規律，從而判定故障發生的部位、性質、大小，分析原因和異常情況，預報未來，判別損壞情況，作出決策，消除故障隱患，防止事故的發生，這就是故障診斷。 故障診斷技術是維修制度改革 —— 將 計劃預防維修 變為 視情維修的技術基礎，具有巨大的經濟價值。目前，故障診斷技術的重要性已提到維修技術的里程碑的高度來認識，并大力開展故障診斷技術的開發工作。 機電設備故障診斷與維修 《 機電設備故障診斷與維修 》 一、機械故障診斷技術的內容和目的 對設備的診斷有不同的技術手段，較為常用的有振動監測與診斷、噪音監測、溫度監測與診斷、油液診斷、無損探傷技術等。設備診斷技術盡管很多，但基本上離不開信息的采集，信息的分析處理，狀況的識別、診斷、預測和決策三個環節。 機械設備狀態監測及診斷技術的主要工作內容是： （ 1）保證機械運轉狀態在設計的范圍內。 （ 2）隨時報告運行狀態