第01章机械零件失效理论PPT文档格式.ppt

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完全丧失功能。

达不到规定的性能水平。

（2）潜在故障是一种能指示功能故障即将发生的可以鉴别的实际状态。

是丧失功能前的状态变化。

5,2.按故障因果关系分类,潜在故障与功能故障之间，往往存在因果关系，可以利用潜在故障来防止功能故障的发生。

在维修中，判断潜在故障，可以使机件在不发生功能故障的前提下得到最大限度的利用。

判断潜在故障，是机器技术诊断和监控的基础。

并不是所有功能故障都存在与之有关的可鉴别潜在故障。

6,二、故障分类,3.按故障影响后果分类机器故障是由最重要的零部件和系统的工作情况所决定。

有些零部件发生故障不至于造成严重后果。

例如：

汽车故障分类：

致命故障严重故障一般故障轻微故障。

7,8,三、故障原因,1.机械结构因素

（1）连接件配合性质的破坏动配合件间隙的增大由于零件磨损而造成，引起润滑不良、冲击、密封性下降。

静配合件的减弱紧配的零件变为松动。

（2）零件间相互位置关系的破坏由于零件的磨损或变形而造成：

零件本身各工作面之间相互关系破坏垂直度、平行度等发生变化。

不同零件之间相互关系破坏例如齿轮啮合关系发生变化。

（3）机构工作协调性的破坏总成、零件的运动规律和相互关系不准确、不协调。

主要原因：

零件磨损，更换零件后没有调整好。

9,三、故障原因,2.导致结构因素改变的能量因素能量因素导致零件出现缺陷，零件缺陷导致机器出现故障。

机器使用中受到各种能量的作用：

周围介质能量：

环境、负荷，与操作有关。

机器运行的内部能量：

热能、动能。

材料潜伏能量：

内应力，与制造、装配有关。

10,第二节机械的可靠性,一、机械产品可靠性的定义可靠性指机械产品在规定的条件下，在规定的时间内，无故障地完成其规定功能的能力。

产品各项性能指标应符合要求，产品应具有随时间变化而保持自身工作能力的性能。

可靠性包括：

无故障性产品在一定时间内连续不断地保持工作能力的性能。

在没有任何维修措施干预的条件下，能正常工作。

耐久性产品在达到报废之前，保持其工作能力的性能。

在整个使用期内，执行规定的维护保养修理制度。

11,一、机械产品可靠性的定义,可靠性所包含的因素：

1.机械产品指零件、部件、整台机械、机械系统。

2.规定条件环境条件：

载荷、温度、湿度、压力、介质。

使用方法、维护方法。

3.规定时间指应达到的工作期限。

定量表示：

时间、运转次数、运行距离、应力循环次数。

定性表示：

连续、间歇、长时间、短时间。

4.规定功能指性能指标：

产品质量、生产效率、工作精度、载重量、功率等。

5.能力指出现故障的多少，用概率来衡量。

12,二、机械可靠性数量指标,用数学方法（概率统计）来定量评价可靠性。

1.可靠度R（t）指产品在规定的条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能的概率。

R（t）表示：

在一批同型机器中，工作到规定时间时，无故障的机器数量。

t，R（t）0R（t）1例：

t=1000h，R（t）=0.95表示工作到1000小时，有95%的机器不出现故障。

13,1.可靠度R（t）,不同产品对可靠度R（t）的要求不同。

R（t）的允许值根据故障危险程度（故障后果）来选取。

重要产品，在规定的时间内，不允许有故障。

要求：

R（t）0.9999，即R（t）1，即使在最恶劣的使用条件下，也不出现故障。

如果故障所造成的安全及经济损失不大，则R（t）值允许低些。

允许：

0R（t）1，在规定的时间内，可能有或没有故障。

当R（t）0时，在规定的时间内，一般都有故障。

故障特点：

容易排除，不会引起严重后果，经修理排除故障后，仍能正常继续工作。

14,二、机械可靠性数量指标,2.故障概率F（t）又称不可靠度。

t，F（t）0F（t）1可靠度R（t）与故障概率F（t）互补：

R（t）+F（t）=1R（t）=1F（t）,15,二、机械可靠性数量指标,3.故障概率密度f（t）指故障的分布规律，是故障概率的导数：

如果已知f（t）的分布规律，可求出0t时间内的故障概率F（t）：

故障概率F（t）与故障概率密度f（t）是微积分关系。

16,一批同型号机器的可靠性规律Xmax性能参数恶化的允许值T规定的工作时间t0无故障工作时间t0.5故障率为50的工作时间t1全部发生故障的工作时间,17,二、机械可靠性数量指标,4.故障率（t）指工作到规定时间t后，单位时间内发生故障的产品数与还在工作的产品数的百分比。

R（t）、F（t）、f（t）、（t）都是以t为随机变量的函数，给出一个指标便可推算出其他指标。

（P8，式111）,5.平均寿命T0指一批产品从开始使用到发生故障的平均工作时间。

18,第三节机械的维修性,维修性是产品设计时所决定的特性。

维修对于可修复的产品，从寻找、发现故障部位起，到修理、安装、调整、复原、试验、恢复正常工作状态的全过程。

维修性指可修复产品在维修时的难易程度。

反映维修所需：

工作量大小、人员多少、费用高低、设备仪器先进程度。

19,一、维修性与可靠性的关系,可靠性反映：

产品是否经久耐用。

提高可靠性就是延长产品的正常工作时间。

维修性反映：

发生故障后是否容易诊断和修复。

提高维修性就是缩短停机修理（非工作）时间。

良好的维修性不仅涉及机器本身，还涉及维修条件。

不同产品对可靠性有不同的要求。

对于高可靠性产品，在规定时间t内，R（t）0.9999，即R（t）1，造价昂贵。

对一般产品，考虑经济性，允许降低可靠性，提高维修性，R（t）0.9。

20,一、维修性与可靠性的关系,可靠性设计在产品设计中，从经济观点在可靠性和维修性之间求平衡，获得最佳可靠度。

制造费用与维修费用之和的最小值所对应的R（t）即为最佳R（t）。

在设计中，既考虑降低制造成本，又考虑易于发现故障和维修。

21,二、维修性的定性要求,维修应简便、迅速、经济。

1.具有良好的维修可达性2.高标准化和互换化程度3.具有防差错措施和识别标记4.保证维修安全5.贵重零件也可修复6.故障容易检测、诊断7.符合人机工程要求，降低维修人员的工作难度,22,第四节机械零件磨损失效,故障表现形式：

磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀等。

磨损机械设备在工作过程中，相对运动零件的表面上发生尺寸、形状、表面质量变化的现象。

23,一、摩擦与磨损,1.摩擦的基本特征摩擦相接触的物体有相对运动或有相对运动趋势时所表现出阻力的现象。

摩擦力：

摩擦时表现出的阻力。

机械阻力粗糙的接触面、凹凸不平而引起。

分子引力光洁的表面、相互接触面积大而引起。

摩擦力大小与表面粗糙度有关。

在一定载荷条件下，存在一个最佳的表面粗糙度，摩擦力最小。

24,一、摩擦与磨损,2.摩擦的种类

（1）按运动方式分类：

滑动摩擦、滚动摩擦、混合摩擦。

（2）按润滑状态分类：

干摩擦摩擦副表面间完全没有润滑介质或其他杂质存在时所产生的摩擦。

最容易导致磨损失效。

边界摩擦摩擦副两表面间有很薄（0.1m）的连续油膜存在时所产生的摩擦。

摩擦面不直接接触，隔断了分子引力，摩擦力减小，但机械阻力并未消除。

半干摩擦摩擦副两表面间部分被很薄的油膜隔开，部分直接接触，介于干摩擦和边界摩擦之间的摩擦方式。

25,

（2）按润滑状态分类,液体摩擦摩擦副两表面间完全被润滑介质隔开，彼此之间不发生接触的摩擦。

摩擦大部分发生在润滑介质的内部，磨损很小。

摩擦力大小取决于：

运动速度、油的黏度、摩擦面积。

半液体摩擦摩擦副之间一部分被润滑介质隔开，一部分被薄的油膜隔开，介于液体摩擦和边界摩擦之间的摩擦形式。

26,

（2）按润滑状态分类,在各种摩擦方式中：

干摩擦具有最大的摩擦力和磨损速度；

液体摩擦具有最小的摩擦力和磨损速度；

实际存在的多为：

半干摩擦、边界摩擦、半液体摩擦。

使用条件变化时，摩擦形式会发生变化。

27,二、磨料磨损,磨料磨损由于摩擦副的一个表面存在硬的凸起部分，或者两个表面之间存在硬质颗粒，在发生相对运动时，表面被挤压或刮削而破坏。

磨料：

广义的：

指硬质颗粒、摩擦表面硬的凸起部分。

狭义的：

指非金属矿物和岩石微粒。

如SiO2、Al2O3等，其硬度超过金属。

28,二、磨料磨损,1.磨料磨损的机理磨料与零件表面作相对运动时，作用在磨料上的力有垂直于表面和平行于表面的分力。

（1）垂直分力使磨料嵌入零件表面。

对塑性材料，产生挤压，挤压点反复变形，使材料疲劳而破坏。

对脆性材料，表面不发生变形就产生脆性破坏。

（2）平行分力使磨料产生切向运动。

对塑性材料，零件表面被切削，切下一条切屑。

对脆性材料，从表面切下许多碎屑。

磨料磨损是常见的磨损形式，磨损速率大。

29,二、磨料磨损,2.影响磨料磨损的主要因素

（1）磨料粒度的影响磨料尺寸增大，则金属磨损量（零件的体积损失或重量损失）增加。

当磨料增大到一定尺寸（临界尺寸），磨损速率稳定不变.

（2）磨料几何形状的影响尖锐的磨料，磨损速率快，钝的磨料，磨损速率慢。

（3）磨料硬度影响磨料硬度远远超过零件硬度时，磨损速率与磨料硬度关系不大（运动速度和压力成为主要因素）。

磨料硬度低于零件硬度时，磨损速率下降。

磨料硬度略高于零件硬度时，磨损严重，且与硬度差有关.（4）压力的影响磨损速率与压力成正比。

30,二、磨料磨损,3.减轻磨料磨损的措施

（1）减少磨料进入对进气、燃油、机油等加强滤清。

采用防尘密封装置。

（2）增强零件的抗磨性采用热处理或表面处理，提高零件表面硬度。

选用一硬一软的摩擦副，使磨料被软材料所吸收。

31,三、黏着磨损,黏着磨损摩擦副的两个表面在相对运动时，由于黏着作用使一个表面的材料转移到另一个表面上所引起的磨损。

1.黏着磨损机理摩擦副表面产生高温，材料表面强度降低，承受高压力的表面凸起部分相互黏着（溶合），在相对运动中被撕裂，使材料从强度低的表面转移到强度高的表面。

后果：

摩擦副咬死或划伤。

32,33,三、黏着磨损,2.影响黏着磨损的主要因素

（1）摩擦副表面状态润滑不良表面洁净的、油膜被破坏的，容易发生黏着磨损。

应选用适当的润滑剂。

（2）摩擦副材料表面成分与组织容易形成固溶体的同类金属或原子结构、晶体结构相近的材料容易发生黏着磨损。

选用性质差异大的材料配对，可以有效降低黏着磨损。

34,四、疲劳磨损,疲劳磨损摩擦副材料表面上局部区域在循环接触应力作用下产生疲劳裂纹，由于裂纹扩展而分离出微片和颗粒的磨损形式。

1.滚动接触疲劳磨损机理现象：

摩擦副表面出现麻点、脱落。

特点：

经过一定次数（临界次数）的循环接触应力作用才发生。

过程：

萌生裂纹裂纹扩展材料微粒脱落。

35,1.滚动接触疲劳磨损机理,多数情况下，滚动中含有滑动。

滑动引起剪切应力，滚动引起法向正应力，使最大应力的大小和方向不同。

（1）裂纹萌生于表面层内并逐渐扩展。

对于润滑条件好，以滚动为主的，表面光滑的摩擦副：

最大应力周期性作用在距表面一定深处，表面层内萌生裂纹，沿最大应力方向或缺陷方向扩展到表面，形成磨屑脱落。

36,1.滚动接触