第二章機械故障診斷的基本原理(徐)1

1、第二章第二章 機械故障診斷的基本原理機械故障診斷的基本原理 本章內(nèi)容本章內(nèi)容l 機械故障機理機械故障機理l 機械設備的故障分類機械設備的故障分類l 機械故障診斷分類機械故障診斷分類l 機械故障診斷的內(nèi)容與基本環(huán)節(jié)機械故障診斷的內(nèi)容與基本環(huán)節(jié)故障機理：引起機械設備故障的故障機理：引起機械設備故障的物理物理、化學變化化學變化等內(nèi)等內(nèi)在的原因、規(guī)律及其原理。在的原因、規(guī)律及其原理。1. 機械故障機理機械故障機理機械故障機理機械故障機理磨損磨損機理機理變形變形機理機理斷裂斷裂機理機理裂紋裂紋機理機理腐蝕腐蝕機理機理1. 磨損：磨損：兩個作兩個作相對運動相對運動的機件的機件摩擦摩擦的結果使其表面分子的結

2、果使其表面分子逐漸脫落，使機件原有的尺寸、幾何形狀以及表面質(zhì)量逐漸脫落，使機件原有的尺寸、幾何形狀以及表面質(zhì)量發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磨損。摩擦隨潤滑情況的不同發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磨損。摩擦隨潤滑情況的不同分為五種，即分為五種，即干摩擦干摩擦、液體摩擦液體摩擦、邊界摩擦邊界摩擦、半液體摩半液體摩擦擦以及以及半干摩擦半干摩擦。2. 磨損過程：磨損過程：跑合跑合階段、階段、穩(wěn)定磨損穩(wěn)定磨損階段、階段、劇烈磨損劇烈磨損階段階段1.1 磨損機理磨損機理（4個機理）個機理）3. 磨損機理：磨損機理：（1）粘著磨損粘著磨損定義：定義：接觸表面局部發(fā)生粘著接觸表面局部發(fā)生粘著，在，在相對運動相對運動時時粘著

3、處分開粘著處分開，使，使接觸表面的材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面接觸表面的材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，并經(jīng)，并經(jīng)過多次反復而發(fā)生破壞的現(xiàn)象。常見于過多次反復而發(fā)生破壞的現(xiàn)象。常見于機械性能接近機械性能接近的兩的兩種材料之間的磨損。種材料之間的磨損。分類：分類：冷粘著冷粘著磨損、磨損、熱粘著熱粘著磨損、磨損、內(nèi)部粘著內(nèi)部粘著磨損磨損粘著磨損粘著磨損（2）磨粒）磨粒磨損磨損定義：定義：接觸面之間存在接觸面之間存在硬質(zhì)粒子硬質(zhì)粒子，或摩擦一方的，或摩擦一方的硬度硬度比另比另一方一方大得多大得多時產(chǎn)生的時產(chǎn)生的類似金屬切削過程類似金屬切削過程的磨損。的磨損。分類：分類：微量切削微量切削、壓痕損傷壓

4、痕損傷、疲勞破壞疲勞破壞（3）表面疲勞磨損表面疲勞磨損定義：定義：兩接觸面作兩接觸面作滾動摩擦滾動摩擦或或滾動、滑動復合摩擦滾動、滑動復合摩擦時，時，在在交變接觸應力交變接觸應力的作用下，使的作用下，使材料表面疲勞材料表面疲勞而產(chǎn)生而產(chǎn)生物質(zhì)物質(zhì)損失損失的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。分類：分類：麻點剝落、淺層剝落、硬化層剝落麻點剝落、淺層剝落、硬化層剝落（4）腐蝕磨損腐蝕磨損定義：定義：在摩擦過程中，金屬同時在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學與周圍介質(zhì)發(fā)生化學、電電化學反應化學反應，引起金屬表面的，引起金屬表面的腐蝕產(chǎn)物剝落腐蝕產(chǎn)物剝落的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。分類：分類：氧化磨損氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損特殊

5、介質(zhì)腐蝕磨損、微動腐蝕磨損微動腐蝕磨損1.2 變形機理變形機理變形：變形：機件在外力作用下，產(chǎn)生機件在外力作用下，產(chǎn)生形狀形狀或或尺寸變化尺寸變化的現(xiàn)象稱為變形的現(xiàn)象稱為變形。分類：分類：彈性變形彈性變形、塑性變形塑性變形（1）彈性變形：）彈性變形：機件受載荷時產(chǎn)生變形，機件受載荷時產(chǎn)生變形，外載卸除后變形消失外載卸除后變形消失；（2）塑性變形：）塑性變形：金屬在外力作用下，當金屬在外力作用下，當應力超過屈服強度應力超過屈服強度后，就產(chǎn)后，就產(chǎn)生生不可逆變形不可逆變形。變形產(chǎn)生原因：變形產(chǎn)生原因：內(nèi)應力、外載荷、溫度以及內(nèi)因（空位、位錯、擴內(nèi)應力、外載荷、溫度以及內(nèi)因（空位、位錯、擴散、晶粒尺

6、寸）等。散、晶粒尺寸）等。1.斷裂：斷裂：機件機件分成兩個或幾個部分分成兩個或幾個部分的現(xiàn)象，斷裂會使的現(xiàn)象，斷裂會使機件完機件完全喪失工作能力全喪失工作能力，是，是最危險最危險的故障類型。的故障類型。2.分類：分類：疲勞斷裂疲勞斷裂、靜載斷裂靜載斷裂、環(huán)境斷裂環(huán)境斷裂（1）疲勞斷裂）疲勞斷裂 1.3 斷裂機理斷裂機理定義：定義：機件的機件的工作應力低于材料的屈服極限工作應力低于材料的屈服極限，在，在重復重復以及以及交交變載荷變載荷的的長期作用長期作用下，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。常見于軸、齒輪、下，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。常見于軸、齒輪、彈簧等。彈簧等。（2）靜載斷裂）靜載斷裂 定義：定義：機件在機件在靜載荷

7、靜載荷（如一次沖擊或恒定的載荷）作用下發(fā)（如一次沖擊或恒定的載荷）作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。靜載斷裂是當生斷裂的現(xiàn)象。靜載斷裂是當靜載荷增大到超過材料的相應靜載荷增大到超過材料的相應抗力抗力時，會在機件的時，會在機件的危險截面危險截面中發(fā)生材料從有限的幾何表面中發(fā)生材料從有限的幾何表面斷開的現(xiàn)象。斷開的現(xiàn)象。（3）環(huán)境斷裂）環(huán)境斷裂 定義：定義：在在腐蝕環(huán)境腐蝕環(huán)境中，中，材料表面材料表面或或裂紋前沿裂紋前沿由于由于氧化氧化、腐蝕腐蝕或其它過程使或其它過程使斷裂表面能斷裂表面能和材料的和材料的強度強度下降下降，因而使機件發(fā)，因而使機件發(fā)生斷裂。包括生斷裂。包括應力腐蝕斷裂應力腐蝕斷裂、氫脆斷裂氫脆

8、斷裂、高溫蠕變斷裂高溫蠕變斷裂、腐腐蝕疲勞斷裂蝕疲勞斷裂以及以及冷脆斷裂冷脆斷裂。1.4 裂紋機理裂紋機理1. 裂紋：裂紋：金屬的金屬的局部斷裂局部斷裂稱裂紋。斷裂的發(fā)展過程可歸納為稱裂紋。斷裂的發(fā)展過程可歸納為裂紋的裂紋的產(chǎn)生產(chǎn)生、裂紋的、裂紋的擴展擴展以及以及最終斷裂最終斷裂三個階段。因此，斷三個階段。因此，斷裂是無可挽救的故障，裂紋屬于可以挽救的故障。然而，裂是無可挽救的故障，裂紋屬于可以挽救的故障。然而，裂裂紋直接破壞機件的連續(xù)性紋直接破壞機件的連續(xù)性，且易，且易引起應力集中引起應力集中從而加速裂紋從而加速裂紋的擴展，所以裂紋也是危險性很大的一種故障模式。的擴展，所以裂紋也是危險性很大

9、的一種故障模式。2. 分類：分類：工藝裂紋工藝裂紋、使用裂紋使用裂紋1.5 腐蝕機理腐蝕機理包括包括化學腐蝕機理化學腐蝕機理與與電化學腐蝕機理電化學腐蝕機理。（1）化學腐蝕機理：）化學腐蝕機理：單純由單純由化學作用化學作用而引起的腐蝕叫化而引起的腐蝕叫化學腐蝕學腐蝕（2）電化學腐蝕機理：）電化學腐蝕機理：當金屬接觸當金屬接觸電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液時，其腐時，其腐蝕過程為蝕過程為電化學過程電化學過程，這種腐蝕過程稱為電化學腐蝕，即，這種腐蝕過程稱為電化學腐蝕，即在化學反應過程中產(chǎn)生了電流作用在化學反應過程中產(chǎn)生了電流作用。2. 機械設備的故障分類機械設備的故障分類機械故障主要有以下幾種分類方法：機

10、械故障主要有以下幾種分類方法：（1）按故障發(fā)生的原因分）按故障發(fā)生的原因分先天性故障：先天性故障：由于由于設計設計或或制造不當制造不當而造成機械系統(tǒng)中存在某而造成機械系統(tǒng)中存在某些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障磨損性故障：磨損性故障：指機械系統(tǒng)因指機械系統(tǒng)因使用過程使用過程中的中的正常磨損正常磨損而引發(fā)的而引發(fā)的一類故障，對這類故障形式，一般只進行壽命預測。一類故障，對這類故障形式，一般只進行壽命預測。錯用性故障：錯用性故障：因因使用不當使用不當而引發(fā)的故障。而引發(fā)的故障。（2 2）按故障形成速度分）按故障形成速度分突發(fā)性故障：突發(fā)性故障：由設備由設備本身的因素本身的因素和和偶然的外界因素偶然的外界因素共同作用共同作用而導致的而導致的無明顯征兆無明顯征兆的的迅速發(fā)生迅速發(fā)生的故障，不可監(jiān)測。的故障，不可監(jiān)測。漸發(fā)性故障：漸發(fā)性故障：由各種由各種老化原因老化原因?qū)е鹿收?，有一個導致故障，有一