广西科技大学鹿山学院机电设备PPT上例题.docx
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广西科技大学鹿山学院机电设备PPT上例题
机电设备PPT上例题
1.检验车床几何精度时，在主轴孔中插入一根短检验棒，在检验棒中心放一粒钢球，然后用固定在溜板上的平头百分表测头触在钢球上，转动主轴进行检验。
百分表读数的最大差值，即为所测误差值。
以上程序测量的是（C）。
A.主轴锥孔轴线的径向跳动
B.主轴轴线对溜板移动的平行度
C.主轴轴向窜动
D.床头和尾座两顶尖等高度
2.下列因素中，不影响机床工作精度的是（D）。
A.机床的刚度
B.机床的热变形
C.机床的振动
D.机床的噪声
3.下列关于压力容器质量检验的说法中，错误的是（C）。
A.压力容器的检验分为常规检验和缺陷评定两类
B.常规检验主要适用于缺陷不严重的在用压力容器
C.常规检验一般不作强度校核
D.缺陷评定需要复杂的应力分析，对缺陷在壁厚方向尺寸的探伤精度要求较高
4.某在用压力容器出厂文件、资料齐全，存在缺陷，但不影响在法定检验周期内的安全使用，该压力容器应该判定为（B）。
A.一级B.二级C.三级D.四级
5.锅炉在（ACDE）的情况下应进行内外部检验。
A.移装后投入运行前B.停机修理后重新投入运行前
C.停运一年以上投入运行前D.发生重大事故后E.对锅炉的安全可靠性产生怀疑
6..锅炉空气预热器的主要腐蚀形式为（A）。
A.低温腐蚀B.高温腐蚀C.垢下腐蚀D.氧化腐蚀
7.桥式起重机车轮轮缘磨损量超过原厚度（D）时，则应报废更换。
A.20%B.30%C.40%D.50%
8.下列关于起重机钢丝绳报废标准的说法中，正确的是（C）。
A.钢丝绳断丝的报废标准是一个捻距内钢丝的断丝数达到钢丝绳总丝数的l0%
B.当钢丝绳在径向外层单根钢丝磨损或腐蚀达到钢丝直径的20%
C.钢丝绳的安全系数越大报废标准所允许的断丝比例越高
D.钢丝绳有钢丝挤出但未达到标准规定的断丝数量，钢丝绳可继续使用
第五章机器设备的经济管理
1.举例：
⑴表7-1列出了三台设备的寿命周期费用，试计算三台设备的静态寿命周期费用。
表7-1寿命周期费用比较表
费用项目
设备A（万元）
设备B（万元）
设备C（万元）
原始价格
12.6
18.0
14.1
维修费
37.8
34.8
25.2
备件费
32.0
28.5
15.0
运行费
70.5
67.5
73.5
管理费
3.6
5.4
3.6
训练费
2.4
2.4
2.4
停歇费
24.0
30.0
21.0
不考虑资金的时间价值时，三台设备A、B、C的静态寿命周期费用分别为182.9万元、186.6万元和154.8万元。
相比而言，设备C的经济性最好。
不考虑资金的时间价值，寿命周期费用（静态寿命周期费用）P可用公式表示：
式中：
P—寿命周期费用；A—设备的设置费；Ft—第t年的维持费用；
n—寿命周期。
⑵某设备购置费用100万元，寿命周期20年，每年维持费用50万元。
求设备寿命周期费用现值。
答案：
不考虑资金的时间价值，寿命周期费用：
P=100+20×50=1100万元。
若考虑资金的时间价值，寿命周期费用现值的计算公式：
式中：
i－－折现率（资金年利率）
--现值系数，可查现值系数表得到。
⑶接上例：
某设备购置费用100万元，寿命周期20年，每年维持费用50万元，资金年利率i=10%，求该设备寿命周期费用的现值。
答案：
这表示在开始时，支付出525.68万元，其中，购置费用100万元，余下的是425.68万元。
下面大家是比较熟悉的，不解释了。
第1年末，本金利息合计为：
425.68×（1+10%）=468.25万元
当年支出维持费50万元，尚余418.25万元；
第2年末，本金利息合计为460.1万元，支出维持费50万元后，尚余410.1万元；
………
第19年末，支出维持费50万元后，尚余45.46万元；
第20年末，本金利息合计为：
45.46×（1+10%）=50.00万元
支出维持费50万元，刚好用完。
上述方案为甲方案。
（4）另有一个乙方案：
购置费为150万元、每年维持费用为38万元，资金年利率仍为10%。
试对甲、乙两方案进行经济性比较。
结论：
虽然甲方案一次性投资较少，但从整个寿命周期费用来比较，乙方案更为经济。
（5）等额系列现值系数的确定方法非常重要
方法一：
以i=10%，n=20年为例
方法二：
方法三：
一次支付现值系数等额系列现值系数
至少掌握两种，建议掌握方法二和方法三。
2.举例：
（1）某公司投资购买设备有A、B、A′三个方案可选择。
试通过费用效率分析，选择最佳方案。
方案名称
系统效率（吨/日）
寿命周期费用（万元）
费用效率
A
375
300
1.25
B
330
300
1.10
A′
330
275
1.20
比较而言：
A方案最优，费用效率最高；
B方案费用效率最低，应该淘汰；
若日产量330吨即可满足要求，则应该选择A′方案。
说明：
系统效率是一个综合性很高的指标，但是，由于安全性、环保性、可靠性等因素的量化有一定的困难，所以，本例中，系统效率只采用了生产量一个指标。
（2）资金年利率i=10%，寿命周期20年。
A方案：
设备购置费用100万元，
每年维持费用50万元；
B方案：
设备购置费用150万元，
每年维持费用38万元。
A方案的系统效率为日产量1000吨/日；
B方案的系统效率为日产量800吨/日。
试通过费用效率的计算，选择最佳方案。
答案:
A方案的寿命周期费用：
B方案的寿命周期费用:
方案
系统效率（吨/日）
寿命周期费用（万元）
费用效率
A
1000
525.68
1.9
B
800
473.52
1.69
结论：
A方案比B方案寿命周期费用高，从这个角度比较，似乎是B方案经济；但由于A方案的系统效率高，综合比较的结果，A方案的费用效率高于B方案，因此，A方案是最佳方案。
设备磨损程度的度量
（1）无形磨损的度量
1.设备的第Ⅰ种无形磨损是相对设备的原始价值而言，表现为设备的原始价值与设备的重置价值之差额△Ⅰ。
△Ⅰ=Ko－Kn
式中：
△Ⅰ—第一种无形磨损
Ko—设备的原始价值
Kn—设备的重置价值
例题1：
一台电脑，一年前的购置价为8000元，由于技术进步使得电脑的生产成本降低，该电脑现行的市场价格5000元。
第Ⅰ种无形磨损引起的贬值=8000-5000=3000（元）
例2：
某水轮发电机组总使用寿命为25年，已运行10年，经查阅有关资料，老机组比新机组每年少发电能43.8万度，如每度电能按0.2元计，所得税按33%计，若折现率取10%，试计算由第Ⅱ种无形磨损引起的贬值。
（1）分析比较被评估机电设备的引起贬值的原因：
经分析比较，被评估的水轮发电机组与新机组相比，引起超额运营成本的因素主要为老机组的生产效率比新机组低。
由有关资料知道，老机组比新机组每年少发电43.8万度。
（2）计算每年的超额运行成本
每年的超额运营成本＝43.8×0.2＝8.76（万元）
（3）计算每年的净超额运营成本
每年的净超额运营成本＝8.76×（1－33%）＝5.87（万元）
（4）考虑折现率为10%，剩余寿命为25－10=15年，15年所对应的折现系数为7.606（查表7-8），则
第Ⅱ种无形磨损引起的贬值＝每年净超额运营成本×折现系数=5.87×7.606＝44.65（万元）
（二）有形磨损的度量
1.对于可以通过修理消除的有形磨损，其价值损失R等于修复费用；
2.例3：
设备原值K0=100000元，当前需要修理，修理费为R=30000元
可以通过修理消除的有形磨损引起的贬值=R=30000元
例4：
某电焊机原购置成本为50000元，目前功能相同的替代产品的价格为45000元，并且替代产品与老产品相比每年可以节省电能5000度，如老电焊机的总使用寿命为20年，剩余使用寿命为10年，采用年限法计算的不可修复性磨损引起的损失率为50%，不存在不可修复性有形磨损，（当前需要修理，修理费R=5000元）每度电0.5元，折现率为10%，所得税税率为25%，试分别计算该电焊机的第Ⅰ种无形磨损、第Ⅱ中无形磨损及有形磨损，并估算该电焊机的现值为多少？
（1）第Ⅰ种无形磨损引起的贬值=50000－45000=5000（元）
（2）①分析比较被评估机电设备的引起贬值的原因：
经分析比较，被评估的电焊机与新电焊机相比，引起超额运营成本的因素主要为老电焊机的生产效率比新电焊机低。
由有关资料知道，新电焊机比老电焊机每年节省电能5000度。
②计算每年的超额运行成本
每年的超额运营成本＝5000×0.5＝2500（元）
③计算每年的净超额运营成本
每年的净超额运营成本＝2500×（1－25%）＝1875（元）
④考虑折现率为10%，剩余寿命为20－10=10年，10年所对应的折现系数为6.1446（查表7-8），则
第Ⅱ种无形磨损引起的贬值△Ⅱ＝每年净超额运营成本
×折现系数=1875×6.1446＝11521.88（元）
（3）计算有形磨损产生的贬值
①不可消除性有形磨损引起的贬值：
△P＝（Kn－△Ⅱ）×αp＝（45000－11521.88）×50%＝16739.06（元）
②可以通过修理消除的有形磨损R=5000（元）
所以，有形磨损产生的贬值=R＋△P=5000+16739.06=21739.06（元）
（4）该电焊机的现值估算
该电焊机的现值等于其原始价值减去第Ⅰ种无形磨损引起的贬值、减去第Ⅱ中无形磨损引起的贬值、减去可消除性有形磨损引起的贬值、减去不可消除性有形磨损引起的贬值。
现值=50000－5000－11521.88－5000－16739.06
=11739.06（元）
例5：
某企业对设备单位修理复杂系数大修理费用定额的规定为：
fc=100元/R
fr=80元/R
fg=50元/R
fl=30元/R
fk=50元/R
则设备单位大修理费用计划定额：
假定机械、电气、管道修理复杂系数Rj、Rd、Rg分别为50、70和30。
总的修理复杂系数：
若企业当年计划大修理设备的综合修理次数修正系数Kx=1.1，并且Cj=310元/R，则企业全年计划大修理费用：
例6：
某部门去年上半年机电设备大修理成本为：
机械设备Cj1=200元/R，电气设备Cj2=300元/R。
下半年机电设备大修理成本为：
机械设备Cb1=180元/R，电气设备Cb2=305元/R。
修理复杂系数：
机械设备R1=60，电气设备R2=80。
试以上半年为基期，对该机电设备修理成本进行分析。
（1）机械设备大修理成本相对比率
（2）电气设备大修理成本相对比率
（3）机电设备大修理成本相对比率
计算表明：
设备大修理成本下半年比上半年降低了2.2%，其中，机械设备大修理成本下降10%；电气设备大修理成本升高1.7%
下半年比较上半年大修理成本节约额为：
Fc=36000－35200=800元
[例8]设备原始价值为50000元，预计残值Qt为0。
每年运行费用增加值为1000元。
试计算该设备的经济寿命。
答案：
例9：
某设备预计大修理费用35000元，修理之后可使用2年，每年维护费预计5000元；如更新，新设备购置费用为90000元，10年内无需大修，每年维护费2000元。
若折现率为i=10%，设备残值忽略不计。
使用旧设备和更新设备，哪个方案更加经济？
答案：
以实际发生年度为比较时点，将一次性的投资（如更新、修理费等）折算为未来年金，使用公式计算:
（1）利用旧设备（A方案）
（2）更新设备（B方案）
购买新设备比使用旧设备每年可节约资金
结论：
更新设备方案B比修理旧设备方案A经济合理。
所以，应该更新。
例题10：
某机床预计使用10年，现在已经使用7年，年维护费用为9500元；新机床售价60000元，年维护费用2000元。
若旧机床现值为30000元，3年以后残值为3000元；新机床可使用10年，10年以后残值预计为1800元。
折现率为9%。
不考虑其它因素，试分析现在更新是否合适？
（1）使用旧机床（A方案）
（2）使用新机床（B方案）
使用新机床比使用旧机床每年可节约资金
所以，应该更新机床。
例11：
某厂一台机床，拟进行技术改造。
要求改造后经济寿命为8年；若寿命少于8年，则需在寿命周期内再次改造；若寿命大于8年，则因生产产品已无市场需求而机床的多余寿命已无意义。
目前设备净值15000元。
年利率10%，报废后设备残值为0。
A方案：
加装靠模装置，预计一次性投资2500元，靠模寿命周期为4年，年均维护费用为20000元，每小时加工44件产品。
B方案：
加装数显装置，预计一次性投资15000元，数显装置寿命周期为9年，年均维护费用为14000元，每小时加工65件产品。
C方案：
加装微机装置，预计一次性投资40000元，微机寿命周期为8年，年均维护费用为10000元，每小时加工83件产品。
试比较三个技术方案的优劣。
A方案：
B方案：
C方案：
三个方案的系统效率和寿命费用列表：
方案名称
系统效率（件/小时）①
寿命周期费用（万元）②
费用效率③
A
44
12.59
3.49
B
65
10.47
6.21
C
83
10.83
7.66
注：
③=①÷②。
比较表明：
方案C效率最高，因此采用微机改造设备的方案经济效益最好.
五、设备的综合利用率指标
设备的综合利用率=设备的时间利用率×设备的能力利用率
例12：
某设备的计划工作时间为1500小时，实际工作时间为1250小时；该设备的实际产量为5000件，而1250小时的最大可能产量为6500件。
计算该设备的综合利用率。
设备的综合利用率=设备的时间利用率×设备的能力利用率
=83.3%×76.9%=64%
第六章机器设备寿命估算
[例1]已知磨损强度为每年0.5mm，设备运行三年后，磨损率为1/4，计算设备的剩余寿命和极限磨损量。
解：
总寿命为：
（1/4）分之3=12年
剩余寿命为：
12－3=9年
实际磨损量为：
3×0.5=1.5mm
极限磨损量为：
12×0.5=6mm
例2.某起重机卷筒主要损耗形式是钢丝绳与卷筒摩擦对卷筒的磨损。
该卷筒原始壁厚20mm，现在壁厚为18.5mm。
根据起重机卷筒的报废标准，筒壁最大磨损允许极限是原筒壁厚度的20%，该起重机已运行4年，估算卷筒的剩余磨损寿命和磨损率。
解:
（1）该卷筒极限磨损量ΔSmax：
ΔSmax=20mm×20%=4（mm）
（2）该卷筒实际磨损量Δs:
Δs=20mm-18.5mm=1.5（mm）
（3）磨损强度tgα：
tgα=Δs/Δt=（20-18.5）/4=0.375（mm/年）
（4）剩余磨损寿命Ts:
Ts=（Δsmax-Δs）/tgα=（4-1.5）/0.375=6.67（年）
（5）磨损率:
αm=Δs/Δsmax=1.5/4=37.5%
[例3]45号钢制圆杆承受拉伸载荷Q＝5×104N，材料的屈服极限σs=300Mpa，安全系数ns=4，试计算该圆杆的直径。
可取圆杆的直径为30mm。
注意：
第一，实际是等于29.13×10-3m，即上述答案。
第二是单位的换算。
[例4]某标准试件，已知σ-1=300Mpa，N0=107，m=9。
试计算在对称循环交变应力σ1＝500Mpa和σ2＝260Mpa作用下的疲劳寿命。
解：
（1）此试件的疲劳极限σ-1=300Mpa，在高于对称循环交变应力σ1max=500Mpa作用下产生疲劳破坏，其疲劳寿命为：
可以看出，应力大了不到一倍，但疲劳寿命却小了100倍，可见应力对疲劳寿命的影响是相当大的。
6.举例：
（1）σa=100Mpa，σm=0，求r。
（2）已知平均应力σm=20Mpa，r=0，求σa,σmar,σmin。
[例5]某机器中使用的轴，其危险截面上的最大弯曲应力σmax＝80Mpa,最小弯曲应力σmin＝-80Mpa,该截面的尺寸系数εσ＝0.84，表面状态系数β＝0.93，有效应力集中系数Kσ＝1.88，轴所使用的材料的弯曲疲劳极限σ-1=245Mpa，若规定安全系数[n]＝2。
试校核该轴是否安全？
解：
即该轴承受对称循环交变弯曲应力。
（2）考虑尺寸系数、表面状态系数以及应力集中系数后，该轴的对称循环疲劳极限为：
（3）该轴段的安全系数
结论：
该轴不安全。
例6.某零件的载荷谱中，有三种交变载荷，对应的应力幅分别为σ1、σ2、σ3，其出现的频度分别为10%、60%、30%，如果已查到对应于三个应力达到疲劳破坏的循环次数分别为103、104和106，计算该零件在上述载荷谱作用下达到疲劳破坏的循环次数。
解:
根据迈因纳定理:
该零件在给定载荷谱作用下，可以承受6238次循环。
例7.某起重机部件，每天各种载荷所对应的危险断面应力及其出现次数见表，循环基数No=107次。
该部件已运行380天，计算疲劳损伤率?
在负荷强度相同的情况下，该起重机的总寿命和剩余疲劳寿命?
序号
应力σi（MPa）
每天出现次数（次/天）
对应的疲劳破坏循环次数Ni
1
236
5
1.0×104
2
198
9
4.15×104
3
135
28
9.3×106
4
101
55
9.9×106
5
80
89
＞107
解:
（1）根据每天各种载荷出现的次数和已运行天数，计算各种载荷作用次数吨，填入表中；
（2）计算每一应力水平σi下的损伤率ni/Ni，填入表中；
（3）计算总损伤率∑ni/Ni
序号
应力σi
（MPa）
每天出现次数
（次/天）
对应的疲劳破
坏循环次数Ni
对应载荷的总
作用次数ni
对应应力水平下
的损伤率ni/Ni
1
236
5
1.0×104
1.9×103
0.190
2
198
9
4.15×104
3.42×103
0.082
3
135
28
9.3×105
1.06×104
0.011
4
101
55
9.9×106
2.09×104
0.002
5
80
89
＞107
3.38×104
不产生疲劳损伤
∑ni/Ni=0.285（i=1,2,3,4,5）
（4）计算剩余疲劳寿命。
总使用寿命=380/0.285=1333（天）
剩余疲劳寿命=1333－380=953（天）
例8.某机器轴上存在表面裂纹，初始裂纹尺寸ao=3mm，与裂纹平面垂直的应力σ=300MPa，在裂纹扩展速度的半经验公式中:
A=10的负15次方
n=4
若临界裂纹尺寸ac=9.38mm，且每天平均出现20次应力循环，计算该轴的剩余使用寿命为多少年。
解:
根据Paris公式可以得到:
对上式两边积分得到剩余疲劳寿命:
若按每天20次循环应力计算，则
1.S—N曲线是由疲劳实验获得的，在疲劳实验中所使用的试件与实际零件有差异,所以在使用时应该引入（ACD）。
A.表面状态系数B.安全系数C.尺寸系数
D.应力集中系数E.材料系数
2.下列关于疲劳寿命曲线的说法中，正确的是（ACE）。
A.应力－寿命曲线和应变－寿命曲线统称为S－N曲线
B.S—N曲线依疲劳试验数据画出，在疲劳试验中都以实际零件作为试件
C.条件疲劳极限大于疲劳极限
D.疲劳寿命N低于106时对应的有限寿命区称为低周疲劳区
E.当N小于循环基数时，根据该区域的疲劳寿命曲线所做的疲劳强度计算称为有限寿命计算
第七章设备故障诊断技术
1.压电加速度计在其使用中，可以采用不同的固定方式。
只有（A）方式的实际使用上限频率能达到出厂标示的上限使用频率。
A.钢螺栓固定B.永久磁铁固定C.粘结剂固定D.手持探针
2.下列测量装置中，能够用于振动测量的有（AB）。
A.涡流位移传感器B.频谱分析仪
C.压电传声器D.声级计E.校准器
3.光电探测器和热敏探测器（A）。
A.都能把入射的红外辐射能转变为电能
B.使用起来都同样很方便
C.具有同样高的灵敏度
D.具有同样高的响应速度
4.下列温度计中，（C）属于非接触温度计。
A.膨胀式温度计B.压力式温度计
C.比色高温计D.半导体热敏电阻温度计
5.下列机件磨损油污检测法所用的装置中，（B）更适于早期的、精密的磨损诊断。
A.铁谱分析仪B.光谱分析仪
C.直读式铁谱仪D.磁性塞头
6.静态检测铸铜件表面的裂纹，可采用（ACE）。
A.渗透探测法B.磁粉探测法C.涡流探测法
D.声发射探测法E.目视—光学探测法
第八章机器设备的质量检验及试验
例题1：
已知某机床其几何精度和工作精度的实测值和允差值，如下表所示。
试确定该机床的精度指数。
表10-1某车床各检查项目的标准精度值和实测值
项目名称
允差值（mm）
实测数值（mm）
几何精度
主轴锥孔轴线的径向跳动
主轴线对溜板移动的平行度
主轴轴向窜动
尾座套筒锥孔轴线对溜板箱移动的平行度
床头和尾座两顶尖等高度
0.01
0.03
0.01
0.03
0.04
0.02
0.02
0.01
0.02
0.03
工作精度
精车外圆圆柱度
精车端面平面度
精车螺纹距误差
0.03
0.02
0.04
0.04
0.02
0.04
结论：
精度指数小于2，故该机床可继续使用，但需要注意调整。
幻灯片91
●解:
根据Paris公式可以得到:
●对上式两边积分得到剩余疲劳寿命:
若按每天20次循环应力计算，则
为
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