1、机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分本章主要内容本章主要内容机电设备故障的机电设备故障的概念概念 分类分类 规律规律零部件失效主要模式零部件失效主要模式: :1.1. 机械零件的磨损机械零件的磨损2.2. 金属零件的腐蚀金属零件的腐蚀3.3. 机械零件的变形机械零件的变形4.4. 机械零件的断裂机械零件的断裂不同失效模式下不同失效模式下减少或消除减少或消除其失效的其失效的方法方法和途径。和途径。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分发动机发动不起来，机床运转不平稳，汽车刹车失灵发动机发动不起来，机床运转不平稳，汽
2、车刹车失灵等等现象都是机械故障的表现形式。等等现象都是机械故障的表现形式。 故障研究的目的是要查明故障模式故障研究的目的是要查明故障模式, ,追寻追寻故障机理故障机理, ,探求减少故障的方法探求减少故障的方法, ,提高机电设提高机电设备的可靠程度和有效利用率备的可靠程度和有效利用率故障定义故障定义: :设备设备( (系统系统) )或零部件丧失了规定或零部件丧失了规定工能的状态。工能的状态。故障含两层含义故障含两层含义: : 一是机械系统偏离正常功能一是机械系统偏离正常功能; ; 二是其功能失效。二是其功能失效。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1 1
3、、零件（构件）的功能、零件（构件）的功能 （1 1）在一定的压力、温度、介质下，保持规定的形）在一定的压力、温度、介质下，保持规定的形状和尺寸；状和尺寸； （2 2）实现规定的机械运动；）实现规定的机械运动； （3 3）传递力和能。）传递力和能。2 2、失效的定义和形式、失效的定义和形式 定义定义: : 零件失去设计所要求的效能（功能）称为零件失去设计所要求的效能（功能）称为失效。失效。 常见的失效形式：常见的失效形式：磨损、腐蚀、过量变形、断裂磨损、腐蚀、过量变形、断裂机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 对故障进行研究时，要注意一下几对故障进行研究
4、时，要注意一下几个问题：个问题：1.1. 故障状况随规定对象的变化而不同。故障状况随规定对象的变化而不同。2.2. 故障状况是针对规定功能而言的。故障状况是针对规定功能而言的。3.3. 故障状况应达到一定的程度。故障状况应达到一定的程度。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 机械故障可以机械故障可以从不同角度来进行分从不同角度来进行分类类，不同的分类方法反映了机械故障的，不同的分类方法反映了机械故障的不同侧面，对机械故障进行分类的目的不同侧面，对机械故障进行分类的目的是为了更好地针对不同的故障形式采取是为了更好地针对不同的故障形式采取相应的对策，以下是
5、各种故障分类方法。相应的对策，以下是各种故障分类方法。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1.1.按故障性质分按故障性质分u间歇性故障间歇性故障： 设备只是在短期内丧失某些设备只是在短期内丧失某些功能功能, ,在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失后后, ,功能即可恢复。多半由机电设备外部原因如功能即可恢复。多半由机电设备外部原因如工人误操作、气候变化、环境设施不良等因素工人误操作、气候变化、环境设施不良等因素引起。引起。u永久性故障永久性故障： 此类故障必须经人工修理才此类故障必须经人工修理才能恢复功能。该故障一般是
6、因为某些零部件损能恢复功能。该故障一般是因为某些零部件损坏引起的。坏引起的。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分2.2.按故障程度分按故障程度分u局部性故障局部性故障： 设备只是某一部功能丧失设备只是某一部功能丧失, ,不影响设备其它功能的实现不影响设备其它功能的实现( (如冷却电机如冷却电机) )u整体性故障整体性故障： 虽然设备只是某一部功能丧虽然设备只是某一部功能丧失失, ,但却使设备整体功能不能实现但却使设备整体功能不能实现( (如主电动机如主电动机故障故障) )机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分3.
7、3.按故障形成速度分按故障形成速度分u突发性故障突发性故障： 故障发生具有偶然性和突发性故障发生具有偶然性和突发性, ,一般与设备使用时间无关一般与设备使用时间无关, ,故障发生前无明显征兆故障发生前无明显征兆, ,通过早期试验或测试很难预测通过早期试验或测试很难预测, ,一般是由工艺系统本一般是由工艺系统本身不利因素与偶然的外界影响因素共同作用的结果身不利因素与偶然的外界影响因素共同作用的结果u缓变性故障缓变性故障： 故障发展缓慢故障发展缓慢, ,一般在设备有效一般在设备有效寿命的后期出现寿命的后期出现, ,其发生概率与使用时间有关其发生概率与使用时间有关, ,能够能够通过早期试验或测试进行
8、预测通过早期试验或测试进行预测, ,通常是因零部件的腐通常是因零部件的腐蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分4.4.按故障形成原因分按故障形成原因分u操作或管理失误形成的故障操作或管理失误形成的故障： 设备未按原设设备未按原设计规定的条件使用计规定的条件使用, ,形成设备错用、精机粗用形成设备错用、精机粗用u设备内在原因形成的故障设备内在原因形成的故障： 一般是设备由于一般是设备由于设计、制造遗留下的缺陷设计、制造遗留下的缺陷( (如加工残余应力、局部薄如加工残余应力、局部薄弱环节等弱环节等)
9、 )或材料内部潜在的缺陷造成的或材料内部潜在的缺陷造成的. .该故障无法该故障无法预测预测, ,是突发性故障的重要原因是突发性故障的重要原因u自然故障自然故障： 设备在有效期内设备在有效期内, ,因受到外部或内部因受到外部或内部多种自然因素影响而引起的故障多种自然因素影响而引起的故障, ,如正常情况下零部如正常情况下零部件的磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变以及老化等件的磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变以及老化等机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分5.5.按故障造成的后果分按故障造成的后果分u致命故障致命故障： 危及或导致伤亡、引起设备报废或危及或导致伤亡、引起
10、设备报废或造成重大经济损失的故障。如机架或机体断裂、车造成重大经济损失的故障。如机架或机体断裂、车轮脱落、发动机总成报废等轮脱落、发动机总成报废等u严重故障严重故障： 是指严重影响设备正常使用是指严重影响设备正常使用, ,在短在短期内无法排除的故障。如发动机烧瓦、曲轴断裂、期内无法排除的故障。如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体开裂、齿轮损坏等箱体开裂、齿轮损坏等u一般故障一般故障： 指影响设备正常使用指影响设备正常使用, ,但在短期内但在短期内能排除的故障。如能排除的故障。如V V型带断裂、操纵手轮手柄损坏、型带断裂、操纵手轮手柄损坏、电器开关损坏、轻微渗漏和一般紧固件松动等电器开关损坏、轻微渗漏和
11、一般紧固件松动等机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分6.6.按故障表现形式分按故障表现形式分功能故障功能故障和和潜在故障潜在故障7.7.按故障形成的时间分按故障形成的时间分 早期故障早期故障和和随时间随时间变化的故障变化的故障及及随机故障随机故障8.8.按故障程度和形成快慢分按故障程度和形成快慢分 破坏性故障破坏性故障和和渐衰失效性故障渐衰失效性故障机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 设备的任何部分都将在足够长的使用设备的任何部分都将在足够长的使用周期后产生失效。最可靠的产品最终也要周期后产生失效。最可靠的产
12、品最终也要发生故障。发生故障。 故障的发生受其内部隐蔽的规律所支故障的发生受其内部隐蔽的规律所支配，研究和利用故障规律，便可设法从根配，研究和利用故障规律，便可设法从根本上预防故障。本上预防故障。 工作应力、环境应力、人为因素、时工作应力、环境应力、人为因素、时间等都是设备产生故障的外因。间等都是设备产生故障的外因。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分可靠性可靠性 机电设备的可靠性是指机电设备在规定条件下，在机电设备的可靠性是指机电设备在规定条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能的能力。规定时间内，无故障地完成其规定功能的能力。 规定时间规定时间
13、：产品应达到的工作期限。用时间或相当于时间的指产品应达到的工作期限。用时间或相当于时间的指标来表示，如运转的次数、行驶里程等。标来表示，如运转的次数、行驶里程等。l可靠性的数量指标。可靠性的数量指标。 设备的技术状况总是随着时间的延长而逐渐恶化的设备的技术状况总是随着时间的延长而逐渐恶化的因而设备的使用寿命总是有限的。由此可知，设备发生因而设备的使用寿命总是有限的。由此可知，设备发生故障的可能性总是随着时间的延长而增大的，因而它可故障的可能性总是随着时间的延长而增大的，因而它可以看作是时间的函数。但同时设备故障的发生具有随机以看作是时间的函数。但同时设备故障的发生具有随机性，即无论哪一种故障、
14、人们都难以预料它的确切发生性，即无论哪一种故障、人们都难以预料它的确切发生时间。故设备发生故障的情况都只能用概率来表示，称时间。故设备发生故障的情况都只能用概率来表示，称为为故障概率。故障概率。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1.1.可靠度（无故障概率）可靠度（无故障概率） 机电设备在规定条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能机电设备在规定条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能的概率。用的概率。用R(t)表示。表示。2.2.故障概率故障概率 机电设备在规定条件下，在规定时间内，发生故障的概率。用机电设备在规定条件下，在规定时间内，发生故
15、障的概率。用F(t)表表示。示。图2-1图2-2图1-1 可靠度曲线 图1-2 故障概率曲线机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1.1.可靠度（无故障概率）可靠度（无故障概率） 机电设备在规定条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能机电设备在规定条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能的概率。用的概率。用R(t)表示。表示。 图图1-11-1为可靠度曲线。由图可见为可靠度曲线。由图可见，产品的可靠度产品的可靠度 R(tR(t) )是时间是时间t t的函的函数数， 随着时间的增长随着时间的增长，产品的可靠度会越来越低产品的可靠度会越来越低，它是一
16、个介于它是一个介于1 1与与0 0之之间的数间的数，即即0R(t)10R(t)1。图2-1图2-2图1-1 可靠度曲线 11机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分2.2. 故障概率故障概率 机电设备在规定条件下，在规定时间内，发生故障的概率。用机电设备在规定条件下，在规定时间内，发生故障的概率。用F(t)表表示。示。 图图1-21-2为故障概率曲线。由图可见为故障概率曲线。由图可见，产品的故障概率产品的故障概率F(tF(t) )也是时间也是时间t t的函数的函数, , 随着时间的推移随着时间的推移, , 产品的故障概率会越来越大产品的故障概率会越来越大,
17、 , 它是一个介于它是一个介于0 0与与1 1之间的数之间的数, ,即即0F(t)10F(t)1。图2-1图2-2图1-2 故障概率曲线 11机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分无故障概率与故障概率关系无故障概率与故障概率关系两者是对立事件两者是对立事件故障概率与无故障概率构成了故障概率与无故障概率构成了一个完整的事件组，即一个完整的事件组，即1)()(tRtF机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分从概率的概念出发，由概率理论可知，故障概率的分布是其密度函数从概率的概念出发，由概率理论可知，故障概率的分布是其密度
18、函数f(tf(t) )积累函数，即故障发生的时间比率，或单位时间内发生的故障的概率。积累函数，即故障发生的时间比率，或单位时间内发生的故障的概率。它是单调增函数。故障概率可用公式表示：它是单调增函数。故障概率可用公式表示： 式中式中F(tF(t)-)-故障概率故障概率 f(tf(t)-)-故障概率分布密度函数故障概率分布密度函数 t-t-时间时间 当当t= t= 时，即时，即 l故障概率又叫故障概率又叫累计故障概率累计故障概率；其密度函数；其密度函数f(t)又叫又叫单位时间内发生故障的概率单位时间内发生故障的概率。有：有： dtf(t)F(t)t01)()(0dttfFf(t)(t)F机电设备
19、故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分图1-3 故障概率密度函数f(t)t机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分3.3. 故障率故障率 故障率是指在每一个时间增量里产生故障的次数或在时间故障率是指在每一个时间增量里产生故障的次数或在时间t t之前之前尚未发生故障，而在随后的尚未发生故障，而在随后的d dt t时间之内可能发生故障的条件概率，时间之内可能发生故障的条件概率，用用(t)来表示，其数学关系式为：来表示，其数学关系式为： 该式说明故障率为某一瞬时可能发生的故障，相对于该瞬时无该式说明故障率为某一瞬时可能发生的故障，
20、相对于该瞬时无故障概率之比。故障概率之比。)()()(tRtft 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分故障率故障率瞬时故障率瞬时故障率产品在某产品在某一瞬时一瞬时t t的单位时间内发生故障的单位时间内发生故障的概率的概率平均故障率平均故障率产品在某产品在某一段时间内单位时间发生故障一段时间内单位时间发生故障的概率的概率平均故障间隔时间平均故障间隔时间（MTBFMTBF）可修复设备可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工在相邻两次故障间隔内正常工作的平均时间。作的平均时间。tNtndtNtdnttNtn存存存)()(lim)()(0ttNtnt存)()(nM
21、TBFit机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分l一些产品的一些产品的MTBF：电脑产品规范电脑产品规范4000h，大屏幕投影大屏幕投影30000h，硬盘硬盘30000-40000h，磁盘阵列不低于磁盘阵列不低于50000h，方正笔记本电脑方正笔记本电脑70000h，长城电源长城电源120000h。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分例：例： 设有一电子产品工作设有一电子产品工作10001000小时，共发生故障小时，共发生故障5 5次，求该产品次，求该产品MTBFMTBF。参考答案：参考答案： MTBF=200h
22、MTBF=200h其故障率为其故障率为 (t(t)=5/(1)=5/(11000)=0.005/h1000)=0.005/h MTBF=1/(t)MTBF=1/(t)机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 例：某产品例：某产品MTBF=16MTBF=16万万h18h18年年 =1/MTBF=1/18=5.5% =1/MTBF=1/18=5.5% 即：某产品即：某产品1 1年内平均年内平均10001000太设备有太设备有5555台会出故障。台会出故障。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分)(t例：例： 设设t=0时
23、，投入工作时，投入工作1000只灯泡，当只灯泡，当 t=365天时，发天时，发现有现有30只灯泡坏了。只灯泡坏了。求：故障概率、无故障概率、瞬时故障率、平均故障率求：故障概率、无故障概率、瞬时故障率、平均故障率（天）、（天）、MTBF。F(t)=30/1000=0.03R(t)=1- F(t)=0.97 =30/(970365)=0.84710-4/天天 =30/(1000+970)/2 365=0.83410-4/天天MTBF=1/(t)=11806天天32年年)(t机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件
24、失效机理下午下午8时时28分分特点：特点：故障率较高，但故故障率较高，但故障随设备工作时间的增障随设备工作时间的增加而迅速下降。加而迅速下降。 早期故障一般是由于设计、制造、早期故障一般是由于设计、制造、检验或装配中存在缺陷而导致的。设检验或装配中存在缺陷而导致的。设备进行大修或改造后，早期故障会再备进行大修或改造后，早期故障会再次出现。次出现。 通过运转磨合、检查、排除故障通过运转磨合、检查、排除故障等手段可使其缺陷逐步消除，运转趋等手段可使其缺陷逐步消除，运转趋于正常，从而实现逐渐减少这类故障于正常，从而实现逐渐减少这类故障的目的。的目的。早期故障期故障率曲线早期故障期故障率曲线Ot 机电
25、设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分O t随机故障期故障率曲线随机故障期故障率曲线特点：特点：故障率低而且稳定，故障率低而且稳定，近似为常数。近似为常数。 随即故障是由于偶然因素引起的，随即故障是由于偶然因素引起的，它不可预测，也不能通过延长磨合期它不可预测，也不能通过延长磨合期来消除。设计上的缺陷、零部件缺陷、来消除。设计上的缺陷、零部件缺陷、维护不良以及操作不当都会造成随机维护不良以及操作不当都会造成随机故障。故障。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分Ot 耗损故障期故障率曲线耗损故障期故障率曲线特点：特点：故
26、障率随运转故障率随运转时间的增加而增高。时间的增加而增高。 损耗故障是由于设备零部件的磨损耗故障是由于设备零部件的磨耗、疲劳、老化、腐蚀等造成的。耗、疲劳、老化、腐蚀等造成的。 这类故障时设备接近大修期或寿这类故障时设备接近大修期或寿命末期的征兆。命末期的征兆。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1 1、上述故障率曲线称为、上述故障率曲线称为“浴盆曲线浴盆曲线”。2 2、从不同故障出现的时机来看，机械设备在开始使用阶段具有较高的故障率，而且此故障障、从不同故障出现的时机来看，机械设备在开始使用阶段具有较高的故障率，而且此故障障率是渐减性；机械设备到了有
27、效寿命的后期，其故障率便不断增大，是渐增性；而在其率是渐减性；机械设备到了有效寿命的后期，其故障率便不断增大，是渐增性；而在其他使用期内，故障为恒定性，而且其值甚小。他使用期内，故障为恒定性，而且其值甚小。3 3、对应各不同故障率曲线的时间范围分别称为、对应各不同故障率曲线的时间范围分别称为早期故障期早期故障期、随机故障期随机故障期和和耗损故障期耗损故障期。4 4、然而，从机械设备使用者的角度出发，对于曲线所表示的早期故障，由于机械设备在出厂、然而，从机械设备使用者的角度出发，对于曲线所表示的早期故障，由于机械设备在出厂前和安装的过程中经过充分调试，可以认为基本得到消除，因而可发不必考虑。前和
28、安装的过程中经过充分调试，可以认为基本得到消除，因而可发不必考虑。5 5、随机故障通常容易排除，且一般不决定机械设备的寿命。惟有耗损故障才是影响机械设备、随机故障通常容易排除，且一般不决定机械设备的寿命。惟有耗损故障才是影响机械设备有效寿命的决定因素。有效寿命的决定因素。O(t)t有效寿命早期故障期随机故障期耗损故障期机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 所谓磨损是指机械在工作过程中，互相接触做相互运所谓磨损是指机械在工作过程中，互相接触做相互运动的对偶表面，在摩擦作用下发生尺寸、形状和表面质量动的对偶表面，在摩擦作用下发生尺寸、形状和表面质量变化的现
29、象。变化的现象。 相接触的物体相互移动发生阻力的现象称为摩擦。摩相接触的物体相互移动发生阻力的现象称为摩擦。摩擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦得必然结果，两者擦是不可避免的自然现象；磨损是摩擦得必然结果，两者均发生在材料表面。摩擦与磨损相伴产生，造成机械零件均发生在材料表面。摩擦与磨损相伴产生，造成机械零件的失效。一般机械设备中约有的失效。一般机械设备中约有80%80%的零件因磨损而报废失的零件因磨损而报废失效。据估计，世界上的能源消耗约有效。据估计，世界上的能源消耗约有303050%50%是由于摩擦是由于摩擦和磨损造成。和磨损造成。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下
30、午下午8时时28分分32机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分33机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分34机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分35机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分36机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分37机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分38机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分39机
31、电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分40机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 磨合阶段磨合阶段 稳定磨损阶段稳定磨损阶段 急剧磨损阶段急剧磨损阶段机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分42磨损特性曲线磨损特性曲线机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分磨合阶段磨合阶段l 新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度，实际新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度，实际接触面积小。开始磨合时，在一定载荷作用下，接触面积小。开始磨合时，在一定载荷作用下，表面
32、逐渐磨平，磨损速度较大，如图中的表面逐渐磨平，磨损速度较大，如图中的OAOA线线段。随着磨合的进行，实际接触面积逐渐增大，段。随着磨合的进行，实际接触面积逐渐增大，磨损速度减缓。在机械设备正式投入运行前，磨损速度减缓。在机械设备正式投入运行前，认真进行磨合是十分重要的。认真进行磨合是十分重要的。2022-6-243机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分l 经过磨合阶段，摩擦副表面发生加工硬化，微经过磨合阶段，摩擦副表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹性接触条件。这一观几何形状改变，建立了弹性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，阶段磨损趋于稳定、
33、缓慢，ABAB线段的斜率就是线段的斜率就是磨损速度；磨损速度；B B点对应的横坐标时间就是零件的耐点对应的横坐标时间就是零件的耐磨寿命。磨寿命。 2022-6-244机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分l 阶段经过阶段经过B B点以后，由于摩擦条件发生较大的变点以后，由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速升高、金属组织发生变化、冲化，如温度快速升高、金属组织发生变化、冲击增大、磨损速度急剧增加、机械效率下降、击增大、磨损速度急剧增加、机械效率下降、精度降低等，从而导致零件失效，机械设备无精度降低等，从而导致零件失效，机械设备无法正常运转。法正常运转。2
34、022-6-245机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 磨料磨损也称为磨粒磨损，它是当摩擦副的接触表面之磨料磨损也称为磨粒磨损，它是当摩擦副的接触表面之间存在着硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方间存在着硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损。的硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损。它是机械磨损的一种，特征是在接触面上有明显的切削痕迹。它是机械磨损的一种，特征是在接触面上有明显的切削痕迹。 在各类磨损中，磨料磨损约占在各类磨损中，磨料磨损约占5050是十分常见且危害性是十分常见
35、且危害性最严重的一种磨损，其磨损速率和磨损强度都很大，致使机最严重的一种磨损，其磨损速率和磨损强度都很大，致使机械设备的使用寿命大大降低，能源和材料大量消耗。械设备的使用寿命大大降低，能源和材料大量消耗。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分垂直垂直分力分力塑性材料:表面产生密集的压痕,最终疲劳破坏脆性材料:表面不变形,产生脆性破坏水平水平分力分力塑性材料:以耕犁为主,表面被切下一条切屑,犁沟两侧材料隆起脆性材料:以微切削为主,表面被切下许多切屑产生脆性破坏1 1、机理：、机理
36、： 磨料磨损的过程实质上是零件表面在磨磨料磨损的过程实质上是零件表面在磨粒作用下粒作用下发生局部塑性变发生局部塑性变形，磨粒嵌入形，磨粒嵌入( (切削切削) )与断裂的过程。磨粒对零件表面的与断裂的过程。磨粒对零件表面的作用力分为垂作用力分为垂直于直于表面与平行于表面的两个分力。表面与平行于表面的两个分力。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 摩擦副材料：金属材料硬度越高，耐磨性越好摩擦副材料：金属材料硬度越高，耐磨性越好机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机
37、理下午下午8时时28分分 磨料：粒度、几何尺寸、硬度磨料：粒度、几何尺寸、硬度 临界尺寸（临界尺寸（ 60-100m60-100m） 压力：磨损速率与压力成正比压力：磨损速率与压力成正比机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分疲劳磨损是指摩擦副材料表面上局部区域在循环接触应力作用疲劳磨损是指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，分离出微片或颗粒的一种磨损形式。下，产生疲劳裂纹，分离出微片或颗粒的一种磨损形式。根据摩擦副间的接触和相对运动方式可分：根据摩擦副间的接触和相对运动方式可分： 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失
38、效机理下午下午8时时28分分(1)(1)滚动接触疲劳磨损滚动接触疲劳磨损 滚动接触过程中，材料表层受到周期性载荷滚动接触过程中，材料表层受到周期性载荷作用，引起塑性变形，表面硬化，最后在表面出现初始裂纹，并沿与作用，引起塑性变形，表面硬化，最后在表面出现初始裂纹，并沿与滚动方向呈滚动方向呈4545方向由表向里扩展。方向由表向里扩展。（2 2）滚滑接触疲劳磨损）滚滑接触疲劳磨损 两滚动接触物体在亚表层处切应力最大，该两滚动接触物体在亚表层处切应力最大，该处塑性变形最剧烈，在周期性载荷作用下的反复变形使材料局部弱化，处塑性变形最剧烈，在周期性载荷作用下的反复变形使材料局部弱化，并在该处首先出现裂纹
39、，在滑动摩擦力引起的切应力和法向载荷引起并在该处首先出现裂纹，在滑动摩擦力引起的切应力和法向载荷引起的切应力叠加作用下，使最大切应力从亚表层处向表面移动。的切应力叠加作用下，使最大切应力从亚表层处向表面移动。(3)(3)滑动接触疲劳磨损滑动接触疲劳磨损 任何固体摩擦表面都存在宏观或微观不平性，任何固体摩擦表面都存在宏观或微观不平性，因而产生表面接触不连续性。在相对运动中，法相载荷不断产生压入因而产生表面接触不连续性。在相对运动中，法相载荷不断产生压入或压平。反复作用下，形成微粒脱落。或压平。反复作用下，形成微粒脱落。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分
40、机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分（1 1）材质）材质（2 2）接触表面质量）接触表面质量 适当降低表面粗糙度可有效提高抗疲劳磨损能力适当降低表面粗糙度可有效提高抗疲劳磨损能力表面残余内应力表面残余内应力表层在一定深度范围内存在有残余应力，不仅可表层在一定深度范围内存在有残余应力，不仅可提高弯曲、扭转疲劳抗力，还能提高接触疲劳抗力，减小疲劳磨损。提高弯曲、扭转疲劳抗力，还能提高接触疲劳抗力，减小疲劳磨损。（过大残余应力反而有害）（过大残余应力反而有害）（3 3）其他因素）其他因素 配合间隙、润滑油粘度、润滑油中的化学添加剂等配合间隙、润滑油粘度、润滑
41、油中的化学添加剂等钢内含有杂质钢内含有杂质应力集中应力集中裂纹裂纹降低接触疲劳寿命降低接触疲劳寿命材料组织状态：晶粒细小、均匀，碳化物成球状且均匀分布材料组织状态：晶粒细小、均匀，碳化物成球状且均匀分布硬度在一定范围内增加，其接触疲劳抗力将随之增大硬度在一定范围内增加，其接触疲劳抗力将随之增大机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分当摩擦副表面在互相接触的各点处发生当摩擦副表面在互相接触的各点处发生“冷焊冷焊”后，在相后，在相对滑动时使一个表面的材料迁移到另一个表面上所引起的对滑动时使一个表面的材料迁移到另一个表面上所引起的磨损，称之为粘着磨损。磨损，称之
42、为粘着磨损。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损叫做两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。微动磨损。它产生于名义上相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视。它产生于名义上相对
43、静止的接合零件上，因而往往易被忽视。微动磨损的最大特点是在外界变动载荷作用下，产生振幅微动磨损的最大特点是在外界变动载荷作用下，产生振幅很小很小( (一般为一般为220m)220m)的相对运动，由此发生摩擦磨损。的相对运动，由此发生摩擦磨损。例如在键连接处、轴与孔的过盈配合处、螺栓连接处、铆例如在键连接处、轴与孔的过盈配合处、螺栓连接处、铆钉连接处等结合面上产生的磨损。钉连接处等结合面上产生的磨损。微动磨损使配合精度下降，使配合部件紧度下降甚至松动，微动磨损使配合精度下降，使配合部件紧度下降甚至松动，连接件松动乃至分离，严重者引起事故。此外，也易引起连接件松动乃至分离，严重者引起事故。此外，也
44、易引起疲劳裂纹的萌生，从而急剧降低零件的疲劳强度。疲劳裂纹的萌生，从而急剧降低零件的疲劳强度。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 材质性能材质性能机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，使腐蚀和磨损共同作用而导致零件表面物质电化学反应，使腐蚀和磨损共同作用
45、而导致零件表面物质的损失，这种现象称为腐蚀磨损。的损失，这种现象称为腐蚀磨损。 它是在腐蚀现象与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相它是在腐蚀现象与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。结合时才能形成的一种机械化学磨损。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分腐蚀磨损可分为腐蚀磨损可分为氧化磨损氧化磨损和和腐蚀介质磨损腐蚀介质磨损。 氧化磨损氧化磨损：除金、铂等少数金属外，大多数：除金、铂等少数金属外，大多数金属表面都有一层金属表面都有一层极薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨损速度，则在摩极薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧
46、化速度小于磨损速度，则在摩擦过程中极易被磨掉，然后又产生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧擦过程中极易被磨掉，然后又产生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧化膜不断产生和磨掉的过程中，零件表面产生物质损失，此即为氧化化膜不断产生和磨掉的过程中，零件表面产生物质损失，此即为氧化磨损，但氧化磨损速度一般较小。磨损，但氧化磨损速度一般较小。 腐蚀介质磨损腐蚀介质磨损：当周围介质中存在着腐蚀物质时，例如润滑油当周围介质中存在着腐蚀物质时，例如润滑油中的酸度过高等，零件的腐蚀速度就会很快。和氧化磨损一样，腐蚀中的酸度过高等，零件的腐蚀速度就会很快。和氧化磨损一样，腐蚀产物在零件表面生成，又在磨损表面磨去，如此反复
47、交替进行而带来产物在零件表面生成，又在磨损表面磨去，如此反复交替进行而带来比氧化磨损高得多的物质损失，由此称为腐蚀介质磨损这种化学机械比氧化磨损高得多的物质损失，由此称为腐蚀介质磨损这种化学机械的复合形式的磨损过程，对一般耐磨材料同样有着很大破坏作用。的复合形式的磨损过程，对一般耐磨材料同样有着很大破坏作用。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 氧化膜生长的速度与厚度氧化膜生长的速度与厚度 金属表面在摩擦过程中，表面形成氧化物的速金属表面在摩擦过程中，表面形成氧化物的速度要比非摩擦时快的多。在常温下，金属表面形成的氧化膜厚度非常小。度要比非摩擦时快的多
48、。在常温下，金属表面形成的氧化膜厚度非常小。 硬度硬度 氧化膜硬度越高，载荷作用下变形越小，膜不易破碎，耐磨性好。氧化膜硬度越高，载荷作用下变形越小，膜不易破碎，耐磨性好。 但大多数比原金属硬而脆。（有防止金属间粘着作用）但大多数比原金属硬而脆。（有防止金属间粘着作用） 氧化膜的性质氧化膜的性质 氧化膜紧密、完整无孔，与金属表面结合的牢固，有利氧化膜紧密、完整无孔，与金属表面结合的牢固，有利于防止氧化。于防止氧化。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分2 2）摩擦金属表面受到工作过程中产生的腐蚀性介质作用。（排放的废气）摩擦金属表面受到工作过程中产生的腐
49、蚀性介质作用。（排放的废气）3 3）工作介质中的添加剂。（极压齿轮油中由于有极压添加剂）工作介质中的添加剂。（极压齿轮油中由于有极压添加剂）1 1）工作介质。（水泵中的水）工作介质。（水泵中的水）4 4）润滑油在工作中因氧化而形成有机酸。）润滑油在工作中因氧化而形成有机酸。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 金属跟周围接
50、触到的气体或液体金属跟周围接触到的气体或液体发生氧化还原反发生氧化还原反应应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应金属原子金属原子机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分金属化学腐蚀是由单纯化学作用引起的腐蚀。金属化学腐蚀是由单纯化学作用引起的腐蚀。 当金属零件表面材料与周围的干燥气体（如当金属零件表面材料与周围的干燥气体（如O2O2、Cl2Cl2、SO2SO2）或非电解质液体中的有害成分发生化学反应，金属表面）或非电解质液体中的有害成分发生化学反应，金属表面形成腐蚀层，在腐蚀层不断
