设备维修的基础知识

第2节 机械设备的故障
一、故障的概念 1. 机械故障----机构、机器或机械零件在尺寸、形状、材 料性质方面的改变，使机构、机器或机械零件不能达 到原设计要求的功能或者改变原有的各种参数，称为 机械故障。 2. 影响机械工作能力的能量： 机械能、热能、化学能、核能、电磁能、生物能等，这 些因素引起零件、产品性能参数降低，最后导致机械 故障的发生。
下表为部分机电产品（传动器、轴承、电缆、离合 器、连接器、偶合器、齿轮、电机、电位器、继电器、螺 线管、转换器等）故障模式所占百分比。
六、故障机理
1.定义： 故障机理----引起产品故障的物理、化学变化等内在 的原因、规律极其原理。 2.分类：SCWIFT分类法（六类） 蠕变 或应力断裂（S）、腐蚀（C）、磨损（W）、 冲击断裂（I）、疲劳（F）、热（T）
故障：是指整机或零部件在规定的时间和使用条件下不能完 成规定的功能，或各项技术经济指标偏离了它的正常状况， 但在某种情况下尚能维持一段时间工作，若不能得到妥善处 理将导致事故。
例如：某些零部件损坏、磨损超限、焊缝开裂、螺栓松动， 使工作能力丧失；发动机的功率降低；传动系统失去平衡和 噪声增大；工作机构的工作能力下降；燃料和润滑油的消耗 增加等，当其超出了规定的指标时，即发生了故障。
SCWIFT分类法之轴承、齿轮故障机理及其频率。
故障机理 现场鉴定 轴承 预防维修频率% 故障维修频率% 49 70 4 2 13 9 8 3 1 2 21 齿轮 故障维修频率% 58
磨损 侵蚀 磨损（W） 断裂 疲劳 疲劳（F） 表面裂痕 断裂 变形 蠕变或应力断 断裂 裂和热（S&I） 蠕变 腐蚀（C） 100 合计
23 100
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16 100
3.故障机理的演变过程：
故障原因 环境条件、时间、工作负荷 S1 S2 S3 M1 M2 M3 电刷故障机理演变途径 工作负荷 应力断裂和蠕变（S） 腐蚀（C） 磨损（W） 冲击断裂（I） 疲劳（F） 热负荷（T） 故障机理 S C W I F T 故障模式 表面裂纹 裂纹 磨损 变形 腐蚀 熔融 蒸发 断裂 破碎 故障机理 工作机理 故障现象 故障模式 MO1 MO2 MO3
为精确阐明一个特定的故障模式，必须从以上 三个类别中选择适当的类别。 例：某故障表现形式为塑性变形，诱发因素为 稳定力、室温，故障部位为整体型，其故障模式 称为屈服，即在室温下由于稳定力作用而形成整 体塑性变形。
（二）常见的故障模式
由作用力或温度诱发的弹性变形 屈服、韧性断裂、脆性断裂、凹痕疲劳 疲劳----高频、低频、热、表面、冲击、腐蚀、微动等疲 劳。 腐蚀----直接化学腐蚀、电化学腐蚀、裂隙腐蚀、点蚀、 晶间腐蚀、侵蚀、穴蚀、氢损伤、生物腐蚀、应力腐蚀。 磨损----粘着、磨料、腐蚀、表面疲劳、形变、冲击、微 动磨损等。 冲击----冲击断裂、变形、磨损、微动、疲劳等。 微动----微动疲劳、微动磨损、微动腐蚀等。 蠕变、热松弛、应力破坏、热冲击、咬死、剥落、放射性 破坏、翘曲、蠕变翘曲、蠕变--疲劳等。
表 2-1 700 台工业汽轮机故障分布率
产品原因 故障原因 设计 安装 材料 工艺 制造 调试 使用 维护 异物 其它 故障率% 20.4 16.5 9.1 7.5 12.5 3.8 10.7 8.4 6.3 4.8 运行原因 外界原因
表 2-2 船舶柴油机动力装置及主要零件故障统计表
装置及零 件 故障数目 百分比% 装置及零 件 故障数目 百分比% 装置及零 件 故障数目 百分比% 轴承 283 25.3 汽缸 活塞 206 18.4 燃烧 室 130 11.6 机座 33 3.0 排气 系统 6 0.54 燃油 系统 66 5.9 泵 18 1.6 仪表 5 0.45 涡轮 机 56 5.0 压缩 机 15 1.3 锚机 系统 5 0.45 齿轮 41 3.7 冷却 系统 12 1.0 密封 件 5 0.45 锅炉 39 3.5 辅助 装置 28 2.5 凸轮 机构 24 2.2 增压 器 9 0.8
3. 按故障发生性质分类： 人为故障----操作人员违反规定操作、维修、管理引起的故 障，易被忽视； 自然故障----由于使用环境、材料缺陷等造成的故障。 4. 按故障发生时间分类： 早期故障；使用期故障；老化期故障。
5. 按故障相关性分类： 非相关性故障----不是由于其它零件的故障引起的故障； 相关性故障----由于其它零件的故障引起的故障，也称为 二次故障。例：油泵故障----油中断----曲轴与主轴瓦粘 着（咬死），主轴瓦故障属相关性故障。 以下两表可从总体上分析故障分布情况，有助于抓关键， 寻对策。
三、故障规律
机械设备使用全过程分为： 磨合期（早期故障期） 正常使用期（随机故障期） 耗损期（磨耗故障期）
1.早期故障期特点：
故障率高，但随时间增长，故障率很快下降，并趋于稳定。产 生原因：由设计、制造、安装等因素造成。
2.随机故障期特点：
①故障率低而稳定，近似常数，与时间t关系不大。 ②偶然因素引起故障，由于设计制造中潜在缺陷、 操作差错、不良维 护、环境等因素所致。通过调试不能消除，更换零件不能预防。 ③ 时间长，约等于机器的使用期限。
第四节 维修的经济技术分析
随着科学技术的不断发展，高精度、高效能、高自动化的设备 逐渐增多，设备的投资费用也越来越昂贵，与设备有关的费用 在产品成本中所占的比重也不断增加。
因此，加强设备管理，降低设备的寿命周期费用在提高企业经 济效益中占有十分重要的地位。传统设备管理的主要目标是保 持设备的正常生产能力，延长设备的寿命，其工作内容绝大部 分是设备的技术管理。
由于非使用和非自然力作用引起的设备的价值损失。 两种方式 1、技术进步生产同种产品的效率、成本降低，导致原设 备的贬值 2、由于新设备的出现导致原来设备价值的相对降低。 举例：手机的价值改变
（三）综合老化
两种老化共同造成的设备的贬值。 残余价值是指机器设备、房屋建筑物或其他 有形资产等在不能继续使用前提下，拆除变现 的价值估计数额 。
机械设备维修
主讲：陈晓颖
第一章 机械设备维修与管理的基础知识
第一节 机械设备的老化 一、老化的分类 有形老化、无形老化、综合老化
（一）有形老化：设备实体发生摩擦、磨损等现象。
主要表现在： 1、零件的尺寸发生改变 2、精度发生变化 3、零件被破坏 举例：机床的使用导致零件的磨损、加工精度的低。
（二）无形老化（经济老化）
热交 润滑 换器 系统 21 1.9 18 1.6
推进 曲轨 器 10 0.9 9 0.8
标准 连杆 件 8 0.7 6 0.54
液压 其它 系统 3 0.27 62 5.6
（二）设备的可靠性
1、可靠性的概念：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定 功能的能力。 规定条件——包括工作环境温度，负载情况，维护方式等多方 面的条件 2、可靠性的度量 （1）可靠度R(t) 可靠度定义：产品在规定的条件下和规定时间内，完成规定功 能的概率。 R(t)最大值为1，最小值为0 （2）不可靠度F(t) F(t)=1- R(t) （3）故障密度f(t) 反应可靠度随时间的变化情况 f(t)= F(t) 对时间的微分
故障的广义定义：故障是不合格的状态。
二、故障分类与规律
（一） 故障分类 目的：揭示、分析故障实质，选择适当诊断手段。 1. 按故障对机械工作能力的影响分类： 完全性故障----机器丧失主要功能，工作完全中断； 局部性故障----机器丧失部分功能，工作还能继续进行。 2. 按故障发生速度及演变过程分类 突发性故障----故障概率与工作时间无关，没有明显征兆， 来不及监测预报； 渐进性故障----长期使用，某些零件技术指标超标引起的 故障，可通过监测预报；
3.磨耗故障期特点：
故障率随时间增长而大大增加，是由机器本身物理、化学等变化 导致磨损、疲劳、腐蚀等故障发生。
4. 其它故障规律特点：
A、B----汽缸、连杆机构、齿轮、轴承等另部件 C----航空涡轮发动机 D、E、F----电子产品
四、设备在设计时本着及格原则
1、三化：标准化、系列化、通用化 标准化是指将产品(特别是零部件)的质量、规格、性能、结构等方 面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行。我国的标准已经形成 一个庞大的体系,主要有国家标准,行业标准等。为了与国际接轨,我国 的某些标准正在迅速向国际标准靠拢。常见的标准代号有GB,JB, ISO 等等,他们分别代表中华人民共和国国家标准,机械工业标准,国际标准 化组织标准。 系列化是指对同一产品,在同一基本结构或基本条件下规定出若干 不同的尺寸系列。 通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同 一结构和尺寸的零部件。
七、设备维护维修的四种方式
1、坏了才修 (坐以待毙) 时机：机器故障或损坏，设备停止工作时 特点：巨大停机损失，严重设备损坏，极高修理费用 2、预防维修 （循规蹈矩 ） 时机：依据设备生产厂家推荐周期或管理经验而定（视 时维修） 特点：有效防止突然失效，减少非计划停机，设备损坏 减少。 难免发生过剩维修，维修费用仍有1/3是浪费的。
现代设备管理强调获得较高的综合效率和降低设备的寿命周期 费用，追求的目标是经济效益，必须把技术管理与经济管理结 合起来，获得最佳经济效益。
设备的寿命周期指设备从规划、制造、安装调试、使用、维 修、改造直至报废的全过程。 设备的寿命周期费用指设备的全过程中消耗的总费用，由原 始费和使用费组成。 原始费(设臵费)是一次支出或集中在短期内支出的费用。自 制的设备包括研究、设计和制造费用；外购设备包括价格、 运输和安装调试等费用。 使用费(运转维持费)是为了保证设备正常运行而定期支付的 费用，包括能源费、固定资产税、保险费、维修费和操作工 人工资等。 因此，在进行设备经营决策时，不能只考虑设备寿命周期某 一阶段(制造、采购、使用维修)的经济性，更要十分注重设 备原始费和使用费总和的最经济。
3、预测维修（防微杜渐 ）： 时机：设备工况异常时（视情维修） 特点：使维修工作有计划地进行，有效避免突然停机， 可使维修工作在尽可能小的范围内进行；经常是针对问题 的征兆采取行动，仍有局限性 4、主动维护（未雨绸缪）： 时机：尽可能避免维修 特点：有效防止失效的发生，显著延长设备、元件的使 用寿命，具有最佳的节约效果
2、四好
好造、好用、好卖、好修
可维修性好的产品，能在最短的时间、以最低限度 的资源（人力与技术水平、备件、维修设备和工具等） 和最省的费用，经过维修使产品恢复到良好状态。 可维修性既是产品可靠 性的必要补充，又是产品维 修保障决策的重要依据。维修工作的核心是保证产品的 可靠性。 产品结构的简单性 、可互换性（系列化、通用化、 标准化）、安全性、识别标记（防差错）等，既是可维 修性的重要设计准则，又是判 断产品可维修性好坏的 重要标准。
维修性及其度量
维修性是系统在规定的条件下进行维修时，在规定的时 间内完成维修的可能性，也表征了产品进行维修的难以 程度。 维修性往往在设计制造之初就已经被赋予了，它是一种 设计特性。举例：焊接
五、故障模式
（一） 定义和分类
1. 定义：故障模式是指产品故障的表现现象。 2. 分类： 有多种分类方法。其中一种是由故障表现形式、诱发故障的因素以 及部位等进行分类。即每一种故障都是由一个或多个故障表现形式与诱发故 障的因素以及一个部位组合而成。 3. 故障表现形式： 弹性变形、塑性变形、断裂、材料变化（金相变化、化学变化、核变化） 4.诱发故障的因素： ① 力----稳定力、不稳定力、周期力、随机力。 ② 时间----很短、短、长。 ③ 温度----低温、室温、升温、稳定温度、不稳定温度、周期变化温 度、随机变化温度。 ④④ 作用环境----化学环境、核变环境。 5.故障部位：整体、表面。
总结 设备维修制度的改革路径为
①事后维修制度--早期维修制度。特点：不坏不修， 应用于小型设备。 ②预防维修制度--又称以时间为基础的维修制度或计 划维修制度。特点：静态维修制度。当设备到了计 划规定的台小时，或吨公里进行强制维修，大多数 工交企业仍采用。 ③预知维修制度--又称为以状态为基础的维修制度。 特点：以状态监测为基础，根据设备运行状态的实 际优劣程度决定维修时间和维修规模，是动态维修 制度，是发展方向。