机械制造行业机械故障诊断与维修.docx
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机械制造行业机械故障诊断与维修
第一章
1.故障的定义
产品丧失规定的功能称为失效,对可修复的产品也称为故障。
2.故障的分类
1.按故障形成的时间规律分类
(1)渐发性故障(磨损故障)
(2)突发性故障
2.按故障因果关系分类
(1)功能故障:
指一个产品不能满足规定性能标准的现象。
①完全丧失功能。
②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。
3.按故障影响后果分类
汽车故障分类:
致命故障严重故障一般故障轻微故障。
3.造成故障的结构因素
1.机械结构因素
(1)连接件配合性质的破坏
①动配合件间隙的增大。
②静配合件的减弱。
(2)零件间相互位置关系的破坏
由于零件的磨损或变形造成:
①零件本身各工作面之间相互关系破坏。
②不同零件之间相互关系破坏。
(3)机构工作协调性的破坏
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,零件缺陷导致机器故障。
①周围介质能量:
环境、负荷,与操作有关。
②机器运行的内部能量:
热能、动能。
③材料潜伏能量:
内应力,与制造、装配有关。
4.可靠性、无故障性、耐久性的定义
可靠性:
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。
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。
耐久性——产品在达到报废之前(使用期间按规定进行维修),保持其工作能力的性能。
5.维修的概念
对于可修复产品,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。
6.可靠性设计和最佳可靠度
可靠性设计:
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)。
7.磨损的概念
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。
8.磨料磨损的概念
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。
9.黏着磨损的机理
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。
10.疲劳磨损的概念及特点
定义:
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。
特点:
经过一定次数(临界次数)的循环接触应力作用才发生。
11.疲劳断裂的概念
指零件在经历反复多次的应力或能量循环作用后才发生的断裂。
12.腐蚀的分类和条件
1.金属零件的化学腐蚀
金属和和外部介质直接起化学作用。
如高温氧化、在非水溶液中腐蚀。
条件:
金属表面只要存在腐蚀介质,就可能遭到腐蚀。
2.电化学腐蚀
金属在酸、碱、盐的水溶液中发生的腐蚀。
产生的条件:
(1)存在电解质
(2)存在电位差
13.变形的定义和分类
定义:
由于受力的作用,使零件的尺寸或形状产生改变的现象。
(1)弹性变形:
指金属在外力去除后能完成恢复的变形。
变形量小,应力与应变成正比(符合虎克定律)。
滞弹性变形:
当应力低于金属弹性极限时,持续充分时间以后才变形。
应力去除后,经过充分时间才恢复(简称弹性后效)。
(2)塑性变形:
指金属在外力去除后,不能恢复的永久变形。
会引起组织结构和性能的变化——产生加工硬化现象、残余内应力、耐腐蚀性下降等。
第二章
1.机械故障规律
指故障率与使用时间的关系
故障率变化:
早期故障期、偶然故障期、磨损故障期。
1.早期故障期在产品使用初期。
特点:
故障率较高,随工作时间增加而下降。
故障原因:
由于设计、制造、安装、调试等存在偏差。
需要认真磨合、调试,尽量降低早期故障率。
2.偶然故障期是产品的有效寿命期。
特点:
故障率低而且稳定。
故障原因:
(1)偶然因素——材料缺陷、操作失误、环境不利等,与使用时间关系不大。
(2)零件早期损耗——各零件寿命有长有短
3.磨损故障期在使用时间较长以后。
特点:
故障率明显上升。
故障原因:
零件磨损到一定程度,有的零件接近失效或已经失效。
2.配合件磨损规律,如何指导使用和维修
配合件磨损规律:
表示配合件的磨损与使用时间的关系。
3.使用极限、允许极限
使用极限指产品尚未达到损坏或不能工作状态,但继续使用,可靠性将降低到不能允许的程度。
•是能否正常使用的界限。
•达到此极限时,磨损急剧增加、性能急剧恶化,必须修理。
允许极限指产品在下次保养或修理之前还能继续维持正常可靠工作,不超出使用极限的状态。
•是立即修理还是下次修理的界限。
•用来判断能否继续工作一个修理间隔期,取决于维修制度。
4.大修、小修的定义、内容、要达到的标准
大修:
是全面彻底的恢复性修理。
要求:
对整机拆卸检查,修复或更换已磨损的零部件,对基础件进行全面修理。
内容:
恢复组合件的配合间隙或紧度、基础件的尺寸链、零部件之间的相互位置精度。
修复后进行磨合、试验、调整、试运转。
大修后的机器,其各项性能指标要达到或接近新机器的标准。
小修:
是局部性(平衡性)修理。
目的:
恢复机器局部部位的工作能力,使各总成之间的工作能力相互适应,使整机达到平衡。
内容(以汽车拖拉机为例):
对发动机进行拆卸、检查与调整,修复或更换磨损的零件.
对底盘只进行检查与调整,必要时局部拆卸,更换或修复已磨损的零部件。
小修后的机器要恢复到正常的技术状态。
5.机械维修方式的分类及概念
维修方式包括:
维修内容、维修时间——保证机器设备的可靠性和正常技术状态。
维修原则——使各项维修工作既适用、有效,又合理、经济。
一、事后维修机器设备发生故障停机后再进行修理。
二、定期维修按预订的时间间隔或检修周期来进行计划修理。
三、视情维修不规定修理周期,而是定期或连续地进行对机械设备进行状态监测,根据监测结果、故障发展趋势,在必要时进行修理。
6.计划预防维修制度的特点
按时保养,定期检查,计划修理。
以机器主要零部件磨损规律为基础,决定修理类别、间距、内容。
特点:
计划——找出合理的使用期限(修理间距)。
预防——在发生故障前,即在零部件磨损达到极限值以前进行修理。
第五章
1.机械故障诊断的概念
故障诊断:
用不拆卸情况下便于测知的参数来间接推断机械的技术状态,判断是否存在故障(包括已显现的和潜在的故障)、推算剩余寿命、预报故障趋势。
2.振动诊断如何判断故障,测量哪些参量
振动诊断就是通过对机器外部振动测量来诊断机器内部的毛病。
通过对实测振动信号的分析处理,借助一定的诊断策略,判断所测对象的运行状态。
振动幅度分析——是否有故障?
振动频率分析——故障在哪?
参量:
按振动频率选择——低频振动测位移,中频振动测速度,高频振动测加速度。
不正常的振动信息,频率范围一般超过1kHz,高频信息非常重要,因此加速度值和频率是重要的参数。
振动幅值——测速度、加速度时采用有效值,反映振动能量大小。
测量变形时采用位移峰值,反映瞬时情况。
3.渗透检测的原理
用荧光渗透液或者着色渗透液来显示放大的缺陷痕迹,从而能用肉眼检查零件表面的开口缺陷。
4.磁粉检测的原理
把有横向裂纹的强磁性材料(钢铁)进行磁化处理,在裂纹处由于磁性不连续而呈现磁极,撒上磁粉,裂纹处吸附磁粉而显示缺陷。
第六章
1.铸铁焊接的特点
(1)产生裂纹
•施焊时存在加热和冷却过程。
•焊区体积膨胀和收缩,受到周围未加热区的阻碍,产生拉应力,超过铸铁的抗拉强度时,产生裂纹。
•在焊接过程和焊后冷却过程都可能发生。
(2)产生白口
•白口铁:
铸铁中的碳以渗碳体(Fe3C)形式存在。
•焊区冷却时向周围传热快、冷却速度快,碳来不及石墨化,形成渗碳体。
•白口铁的机械性能很差:
•塑性接近零,脆性大,
•硬度高,焊后不能加工。
(3)产生气孔和夹渣
•产生气孔的原因:
焊区有油污、碳燃烧,产生CO气体,焊条药皮含水份,产生氢气,冷却时来不及排出。
•产生夹渣的原因:
铸铁含硅(Si)高,在高温下,硅与氧化合形成难熔氧化物SiO2。
2.什么是热焊法
焊前将工件预热,在热状态下焊接,焊后保温缓冷。
减小焊区与周围的温度差,以减小热应力和收缩应力,避免引起裂纹。
冷却时间长,有利于石墨析出,防止出现白口。
3.什么是冷焊法,冷焊的工艺规范
不预热或局部低温预热,采用电弧焊。
必须选择合适的电焊条和工艺措施,才能保证焊接质量。
(a)准备工作:
清洁工件表面、钻止裂孔,开坡口(与气焊的要求一样)
烘烤焊条,使药皮干燥,在200℃烘烤2h。
(b)焊接规范:
采取控制发热量的措施。
减小热应力,防止产生裂纹;
减小熔深,避免母材元素向焊缝过渡而产生白口。
规范选择:
采用细焊条、小电流、短电弧;
采取短段、断续、分散焊;
每焊一段,用尖锤敲击焊缝,消除应力、气孔;
厚件采用多层焊。
第十章
1.气缸圆柱度、圆度的检测及处理方案
气缸圆柱度测量:
磨损最大部位尺寸底端未磨损部位尺寸
计算
极限值:
汽油机0.175~0.250mm,柴油机0.10mm。
达到或超过此值,应进行镗缸、磨缸。
圆度测量三个位置:
磨损最大处(活塞在上止点时第一道活塞环位置)
气缸中部下部磨损最小处。
每个截面测量纵横两个方向。
计算圆度误差:
在同一截面上,互相垂直的两直径之差的1/2
极限值:
汽油机0.050~0.063mm柴油机0.050~0.075mm
达到或超过此值,应进行镗缸、磨缸。
2.修理尺寸法
•用机械加工的方法对配合件中的某一个零件改变尺寸(加大或缩小),恢复原来的形状精度和表面粗糙度,并更换与之相配合的零件,恢复正确的配合。
•只考虑恢复配合性质,允许加工后的尺寸(修理尺寸)与原来的标准尺寸不同。
•对易损零件,国家制订了修理尺寸标准,并且由配件厂供应修理尺寸的配件。
3.气缸修理尺寸的确定
•在气缸标准直径上,每加大0.25mm为一级,分为6级。
•不同型号的发动机,允许加大的级数不同。
•修理尺寸:
Dx≥Dmax+X
•Dmax——磨损最大气缸的最大直径(mm)
•X——以直径计算的加工余量(mm)
一般为0.1~0.2mm(包括镗缸和磨缸的余量)
4.曲轴裂纹的处理方案
处理:
轴颈轴向裂纹,未裂至两端圆角处或油孔处时,允许使用。
轴颈横向裂纹,浅裂纹经过磨削能消除的,允许磨削修复,裂纹深的应予更换曲轴。
5.曲轴轴颈磨损的检测及处理方案
圆柱度误差:
测量:
磨损最大部位的最小直径磨损最小部位的最大直径
计算:
圆柱度误差=直径差值的1/2
处理:
圆柱度误差>0.0125mm时,应进行磨削。
其它表面损伤:
擦伤、起槽、烧蚀等,可通过观察发现。
处理:
小修时,对轴颈的较轻的表面损伤,可手工修磨。
6.曲轴修理尺寸的确定
•在轴颈标准直径上,每缩小0.25mm为一级。
•不同发动机允许缩小量不同,最大缩小量不超过1.5mm。
•修理尺寸:
Dx≤Dmin-X
•Dmin——轴颈磨损最大部位的最小直径(mm)
•X——以直径计算的加工余量(mm),取0.1~0.2mm
7.为什么要磨合
零件表面有加工痕迹、表面存在几何形状误差和相互位置误差。
摩擦表面实际接触面积极小,单位面积承载压力很大。
如直接投入负荷运转,将剧烈磨损。
磨合的目的:
防止破坏性磨损。
以最小的磨损量和最短的磨合时间,改善零件表面的几何形状,消除安装偏差,建立起适合于工作条件要求的配合表面。
8.什么是磨合
配合件靠相互运动进行精细加工的过程。
9.怎样磨合
在良好的润滑条件下,先低转速、无负荷运转,然后逐渐提高转速和负荷,直到额定工况。
10.发动机的磨合工艺
(1)磨合前的准备
•将发动机安装到试验台上。
•加磨合用机油,检查无漏水、漏油。
(2)发动机的冷磨合
•用试验台带转发动机。
•无压缩冷磨合:
不装喷油器(或火花塞)。
•有压缩冷磨合:
装上喷油器(或火花塞)。
•冷磨合结束后,换机油,清洗油底壳和机油粗滤器,检查和调整气门间隙、供油提前角。
(3)发动机的热磨合
•启动发动机。
•无负荷热磨合:
控制转速由低到高。
•有负荷热磨合:
保持规定的转速,逐渐增加扭矩。