故障理論概述課件

第一章故障理論概述第一節(jié)概念

一、定義

故障是指整機或零部件在規(guī)定的時間和使用條件下不能完成規(guī)定的功能，或各項技術經(jīng)濟指標偏離了它的正常狀況。

例如：某些零部件損壞、磨損超限、焊縫開裂，螺栓松動，使工作能力喪失；發(fā)動機的功率降低；故障通常是指可以排除的障礙，即指可以修復的失效。第1頁/共66頁第一章故障理論概述故障通常是指可以排除的障礙，即指可以修1對于故障，應明確以下幾點：(1)規(guī)定的對象

它是指一臺單機、或由某些單機組成的系統(tǒng)、或機械設備上的某個零部件。不同的對象在同一時間將有不同的故障狀況。例如，在一條自動化流水線上，某一單機的故障足以造成整個系統(tǒng)功能的喪失。(2)規(guī)定的時間

發(fā)生故障的可能性隨時間的延長而增大。時間除了直接用年、月、日、時等作單位外，還可用機械設備的運轉(zhuǎn)次數(shù)、里程、周期作單位。例如：車輛等用行駛的里程；齒輪用它承受載荷的循環(huán)次數(shù)等。第2頁/共66頁對于故障，應明確以下幾點：第2頁/共66頁2(3)規(guī)定的條件

這是指機械設備運轉(zhuǎn)時的使用維護條件、人員操作水平、環(huán)境條件等。不同的條件將導致不同的故障。(4)規(guī)定的功能

它是針對具體問題而言，例如：同一狀態(tài)的車床，進給絲杠的損壞對加工螺紋而言是發(fā)生了故障。但對加工端面來說卻不算故障。(5)一定的故障程度

即應從定量的角度來估計功能喪失的嚴重。

故障的定義“故障是不合格的狀態(tài)”。第3頁/共66頁(3)規(guī)定的條件第3頁/共66頁3

二、模式1、定義

機械設備的故障必定表現(xiàn)為一定的物質(zhì)狀況及特征，它們反映出物理、化學的異?，F(xiàn)象，并導致功能的喪失。這些物質(zhì)狀況的特征稱故障模式，需要通過人的感官或測量儀器得到，相當于醫(yī)學上的“病癥”。第4頁/共66頁二、模式第4頁/共66頁42、故障模式分類1)屬于機械零部件材料性能方面的故障：包括疲勞、斷裂、裂紋、蠕變、過度變形、材質(zhì)劣化等。2)屬于化學、物理狀況異常方面的故障：包括腐蝕、油質(zhì)劣化、絕緣絕熱劣化、導電導熱劣化、溶融、蒸發(fā)等。3)屬于機械設備運動狀態(tài)方面故障：包括振動、滲漏、堵塞、異常噪聲等4)多種原因的綜合表現(xiàn)：如磨損等

此外．還有配合件的間隙增大或過盈喪失、固定和緊固裝置松動與失效等。第5頁/共66頁2、故障模式分類第5頁/共66頁5第6頁/共66頁第6頁/共66頁6三、性質(zhì)1、層次性：機械設備可以分為若干個層次，不同層次會出現(xiàn)相應的故障。2、相關性：某層次發(fā)生故障時，相關的層次也可能發(fā)生故障，不同層次也可能出現(xiàn)故障3、延時性；故障的產(chǎn)生、傳播和惡化都需要時間，且隨時間的延長而延長。4、不確定性：發(fā)生時間、現(xiàn)象等具有不確定性。5、修復性：多數(shù)故障是可以修復的，包括更換。第7頁/共66頁三、性質(zhì)第7頁/共66頁7四、分類

臨時性故障

永久性故障

一、臨時性故障

它多半由機械設備的外部原因引起的。例如：工人誤操作、氣候變化．運輸條件中斷、環(huán)境設施不良等造成。當這些外部干擾消除后．運轉(zhuǎn)即可正常。但臨時性故障能導致永久性故障。第8頁/共66頁四、分類第8頁/共66頁8二、永久性故障 (一)按故障發(fā)生時間分 1．早發(fā)性故障

由于機械設備在設計、制造、裝配、安裝、調(diào)試等方面存在問題引起的。

2．突發(fā)性故障

這是由于各種不利因素和偶然的外界影響因素共同作用的結(jié)果。故障發(fā)生的特點是具有偶然性和突發(fā)性，事先無任何征兆．一般與使用時間無關，難以頂測。

例如；因潤滑油中斷而使零件產(chǎn)生熱變形裂紋；因使用不當或出現(xiàn)超負荷引起零件折斷；困各參數(shù)達到極限值而引起零件變形和斷裂等。第9頁/共66頁二、永久性故障第9頁/共66頁93．漸進性故障因機械設備技術特性參數(shù)的劣化過程，包括腐蝕、磨損、疲勞、老化等。逐漸發(fā)展而成的。特點是故障發(fā)生的概率與使用時間有關，設備有效壽命的后期表現(xiàn)出來。故障一經(jīng)發(fā)生，就標志著壽命的終結(jié)。大部分機械設備的故障都屬于這一類。第10頁/共66頁3．漸進性故障第10頁/共66頁104．復合型故障故障包括上述故障的特征，其故障發(fā)生的時間不定。機械設備工作能力耗損過程的速度與其耗損的性能有關。例如（1）零件內(nèi)部存在著應力集中，當受到外界作用的最大沖擊后，繼續(xù)使用就可能逐漸發(fā)生裂紋；（2）摩擦副的磨損過程引起漸進性故障，而外界的磨粒會引起突發(fā)性故障。第11頁/共66頁4．復合型故障第11頁/共66頁11(二)按故障表現(xiàn)形式分1．功能故障機械設備應有的工作能力或特性降低，不能工作，即喪失了它應有的功能，稱功能故障。這類故障可通過操作者的直接感受或測定其輸出參數(shù)而判斷。例如關鍵零件壞了、精度喪失、傳動效率降低，速度達不到標準值，使整機不能工作；生產(chǎn)率達不到規(guī)定的指標等。第12頁/共66頁(二)按故障表現(xiàn)形式分第12頁/共66頁122．潛在故障故障逐漸發(fā)展，但尚未在功能方面表現(xiàn)出來，卻又接近萌發(fā)的階段。當這種情況能夠鑒別時，即認為也是一種故障現(xiàn)象，稱潛在故障。例如零件在疲勞破壞過程中，其裂紋的深度接近于允許的臨界值時，便認為存在潛在故障。第13頁/共66頁2．潛在故障第13頁/共66頁13(三)根據(jù)故障產(chǎn)生的原因分1．人為故障由于在設計、制造、大修、使用、運輸、管理等方面存在問題，使機械設備過早地喪失了它應有的功能，稱人為故障。分為：

①錯用性故障，這是指機械設備沒有按照原設計規(guī)定的條件運轉(zhuǎn)，超載、超速、超時，工作條件發(fā)生未料及的惡化等原因?qū)е碌墓收稀?/p>

②固有薄弱性故障，它來源于機械設備本身，如設計不當、制造工藝差、材料低劣等，是固有薄弱性環(huán)節(jié)構(gòu)成故障隱患或故障誘發(fā)因素。第14頁/共66頁(三)根據(jù)故障產(chǎn)生的原因分第14頁/共66頁142．自然故障機械設備在其使用和保有期內(nèi)，因受到外部或內(nèi)部各種不同的自然因素影響而引起的故障都屬于自然故障。例如正常情況下的磨損、斷裂、腐蝕、變形、蠕變、老化等損壞形式。第15頁/共66頁2．自然故障第15頁/共66頁15(四)按故障造成后果分1．致命故障導致人身傷亡，引起機械設備報廢或造成重大經(jīng)濟損失的故障。例如機架或機體斷離、車輪脫落、發(fā)動機總成報廢等。2．嚴重故障指嚴重影響機械設備正常使用，在較短的有效時間內(nèi)無法排除的故障。例如發(fā)動機燒瓦、曲軸斷裂、箱體裂紋、齒輪損壞等。第16頁/共66頁(四)按故障造成后果分第16頁/共66頁163．一般故障

明顯影響機械設備正常使用，在較短的有效時間內(nèi)可以排除的故障。例如傳動帶斷裂、操縱手柄損壞、板金件開裂或開焊、電器開關損壞等。4．輕度故障

輕度影響機械設備正常使用，能在日常保養(yǎng)中用隨機工具輕易排除的故障。如輕微滲漏、一般緊固件松動等。第17頁/共66頁3．一般故障第17頁/共66頁17第二節(jié)故障特征量的描述

一、故障概率1、特點：（1）機械設備發(fā)生故障的可能性也隨時間的推遲而增大，它是時間的函數(shù)。（2）故障發(fā)生具有隨機性，都很難預料它的確切發(fā)生時間，因而故障可用概率表示。（3）單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。它是單調(diào)增函數(shù)。第18頁/共66頁第二節(jié)故障特征量的描述一、故障概率第18頁/共66頁182.故障概率公式

F(t)——故障概率

f(t)——故障概率分布密度函數(shù)；t——時間。當T=o時，即F(0)=0當T=∞時，即F(∞)=l機械設備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)不發(fā)生故障的概率稱無故障概率，用R(t)表示。顯然，故障概率與無故障概率構(gòu)成一個完整事件組，即F(t)+R(t)=l第19頁/共66頁2.故障概率公式機械設備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)不發(fā)生故19二、故障率1、概念故障率是指在每一個時間增量里產(chǎn)生故障的次數(shù)，或在時間f之前尚未發(fā)生故障，而在隨后的時間內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率，用λ(t)表示第20頁/共66頁二、故障率第20頁/共66頁202、分類根據(jù)不同的變化規(guī)律，故障率可分為四種類型。(1)常數(shù)型(2)負指數(shù)型(3)正指數(shù)型(漸增型)(4)浴盆曲線型第21頁/共66頁2、分類根據(jù)不同的變化規(guī)律，故障率可分為四種類型。211）．常數(shù)型

故障率基本保持不變，它不隨時間而變化。此時的機械設備或零部件均未達到使用壽命，不易發(fā)生故障。但因某種原因也會導致發(fā)生故障，且有隨機性。在加強維護保養(yǎng)的情況下將隨時排除故障，因此故障率很小。這是最常見的一種類型，見圖1—2所示。第22頁/共66頁1）．常數(shù)型第22頁/共66頁222．負指數(shù)型

又稱漸減型。由于使用了質(zhì)量粗劣的零件，或制造中工藝疏忽，或裝配質(zhì)量不高，還有設計、保管、運輸、操作等方面的原因，使機械設備投人運轉(zhuǎn)的初期故障率很高早期故障期。隨著時間的推移，經(jīng)過運轉(zhuǎn)、磨合、調(diào)整，故障逐個暴露，排除后，故障率由高逐漸降低，并趨于穩(wěn)定，成為負指數(shù)型故障率曲線，如圖1—3所示。第23頁/共66頁2．負指數(shù)型第23頁/共66頁233．正指數(shù)型

又稱漸增型。機械設備或零部件隨著時間的增長，逐漸發(fā)生磨損、腐蝕等，故障急劇增多，其故障率曲線是正指數(shù)型。漸進性故障的故障率屬于這種類型，見圖1-4。第24頁/共66頁3．正指數(shù)型第24頁/共66頁244．浴盆曲線型

浴盆曲線型是最常見的一種故障率類型1)早期故障期量設備安裝試車后，經(jīng)過磨合、調(diào)整將正常工作階段。若進行大修或技術改造后，早期故障期將再次出現(xiàn)。2)隨機故障期是機械設備的最佳工作期。3)耗損故障期，為兩次大修間的正常工作時間。在這一時期出現(xiàn)前進行預防維修，或在這一時期剛出現(xiàn)時就進行小修，防止故障大量出現(xiàn)，降低故障率和減少維修工作量。第25頁/共66頁4．浴盆曲線型第25頁/共66頁25三、平均故障間隔時間(MTBF)1、定義：

修復的機械設備和零部件在相鄰兩次故障間隔內(nèi)正常工作時的平均時間。2、例題：某機械設備第一次工作了1000h后發(fā)生故障，第二次工作了2000h后發(fā)生故障，笫三次工作到2400h之后又發(fā)生故障，則該機械設備平均故障間隔時間為(1000+2000+2400)h÷3=1800h3、意義

平均故障間隔時間越長，說明愈可靠。第26頁/共66頁三、平均故障間隔時間(MTBF)第26頁/共66頁26四、平均無故障工作時間（MTTF）

零件從開始使用到發(fā)生故障的平均時間，也稱平均無故障時間。它與平均故障間隔時間的數(shù)學表達式和計算方法相同，故稱平均壽命。第27頁/共66頁四、平均無故障工作時間（MTTF）第27頁/共66頁27第三節(jié)故障理論一、故障理論內(nèi)容和組成

故障理論揭示了機械設備在使用過程中的運動規(guī)律，它包括故障統(tǒng)計分析即故障宏觀理論和故障物理分析即故障微觀理論。第28頁/共66頁第三節(jié)故障理論一、故障理論第28頁/共66頁28

（一）故障統(tǒng)計分析1、特點：故障統(tǒng)計分析可以對機械設備的結(jié)局作出規(guī)律性的大致描述，提供信息，反映主要故障問題，但不能揭示事物的根本性質(zhì)。2、組成：故障統(tǒng)計分析包括故障的分類、故障分布和特征量，故障的邏輯決斷等第29頁/共66頁（一）故障統(tǒng)計分析第29頁/共66頁29

（二）故障物理分析1、內(nèi)容

以機械設備在各種不同使用條件下發(fā)生的各種故障為研究對象，用先進的測試技術和理化方法．從微觀和亞微觀的角度分析研究故障從發(fā)生、發(fā)展到形成的過程，故障的機理、形態(tài)、規(guī)律及其影響因素。第30頁/共66頁（二）故障物理分析第30頁/共66頁302、組成故障物理分析包括故障機理和故障形態(tài)兩個方面。（1）故障機理是研究機械設備發(fā)生故障的原因及其發(fā)展規(guī)律，即劣化理論。一般表現(xiàn)為斷裂、磨損、變形、疲勞、腐蝕和氧化等。（2）故障形態(tài)的研究，是把故障機理和故障分析的研究，歸結(jié)到故障的具體形態(tài)、類型和模式上。在大量統(tǒng)計和分析研究的基礎上，用故障單元的外部特征作為判斷故障內(nèi)在聯(lián)系的依據(jù)，具有鮮明的直覺感。第31頁/共66頁2、組成第31頁/共66頁31二、故障規(guī)律從機械設備使用者的角度出發(fā)，對于曲線表示的早期故障率，由于出廠前已進行了調(diào)整，可認為已基本消除，不必考慮；隨機故障通常容易排除，且一般不決定機械設備的壽命，唯有耗損故障才是影響有效壽命的決定性因素，因而是主要研究對象。三、故障產(chǎn)生的主要原因及主要內(nèi)容

故障產(chǎn)生的主要原因及主要內(nèi)容見表1-2。第32頁/共66頁二、故障規(guī)律第32頁/共66頁32第33頁/共66頁第33頁/共66頁33

四、影響因素 1．設計規(guī)劃

在設計規(guī)劃中，應對機械設備未來的工作條件有準確估計，對可能出現(xiàn)的變異有充分考慮。設計方案不完善，設計圖樣和技術文件的審查不嚴是產(chǎn)生故障的重要原因。2．材料選擇

在設計、制造和維修中，都要根據(jù)零件工作的性質(zhì)和特點正確選擇材料。材料選用不當、或材質(zhì)不符合標準規(guī)定?；蜻x用了不適當?shù)拇闷肥钱a(chǎn)生磨損、腐蝕、過度變形、疲勞、破裂、老化等現(xiàn)象的主要原因。第34頁/共66頁 四、影響因素第34頁/共66頁343．制造質(zhì)量

零件在鑄、鍛、焊、熱處理和切削加工過程中積累了應力集中、局部和微觀的金相組織缺陷、微觀裂紋等。這些缺陷往往在工序檢驗時容易被疏忽。零件制造質(zhì)量不能滿足要求是機械設備壽命不長的重要原因。4．裝配質(zhì)量

首先要有正確的配合要求，配合間隙的極限值包括裝配后經(jīng)過磨合的初始間隙。初始間隙過大，有效壽命期就會縮短。裝配中各零部件之間的相互位置精度也很重要，若達不到要求，會引起附加應力等后果，加速失效。第35頁/共66頁3．制造質(zhì)量第35頁/共66頁355．合理維修

根據(jù)工藝合理、經(jīng)濟合算、生產(chǎn)可能的原則，合理進行維修、保證維修質(zhì)量。這里最重要、最關鍵的是要合理選擇和運用修復工藝、注意修復前的準備、修復過程中按規(guī)程執(zhí)行操作、修復后的處理工作。6．正確使用在正常使用條件下，機械設備有其自身的故障規(guī)律。但使用條件改變故障規(guī)律也改變。(1)載荷

磨損和疲勞都是載荷的函數(shù)。當載荷超過設計的額定值后，將引起劇烈的破壞，這是不允許的。第36頁/共66頁5．合理維修第36頁/共66頁36(2)環(huán)境

它包括氣候、腐蝕介質(zhì)和其它有害介質(zhì)影響，以及工作對象的狀況等溫度升高，磨損和腐蝕加劇；過高的濕度和空氣中的腐蝕介質(zhì)存在，造成腐蝕和腐蝕磨損，空氣中塵量過多、工作條件惡劣都會影響損壞。(3)保養(yǎng)和操作

建立合理的維護保養(yǎng)制度，嚴格執(zhí)行技術保養(yǎng)和使用操作規(guī)程，是保證機械設備工作的可靠和提高使用壽命的重要條件。此外，需要對人員進行培訓。第37頁/共66頁(2)環(huán)境第37頁/共66頁37第四節(jié)故障診斷簡介機械設備出現(xiàn)故障后，使某些特性改變，產(chǎn)生能量、力、熱及摩擦等各種物理和化學參數(shù)，發(fā)出各種不同的信息，捕捉這些變化的征兆．檢測變化的信號及規(guī)律，從而判定故障發(fā)生的部位，性質(zhì)大小，分析原因和異常情況，預報未來，判別損壞情況，做出決策，清除故障隱患，防止事故的發(fā)生，這就是故障診斷。它是一門識別機械設備運行狀態(tài)的科學。第38頁/共66頁第四節(jié)故障診斷簡介第38頁/共66頁38一、診斷技術的原理和任務1.原理在機械設備中，運用診斷手段獲取各種信息，反映它的技術狀況。當參數(shù)超越一定范圍，就有故障的征兆。例如：某機械運轉(zhuǎn)的噪聲，當機械中的某些配合件因磨損等原因引起配合間隙增大時，就會出現(xiàn)沖擊和振動，從而使噪聲進一步增大。所以，噪聲反應了故障的征兆。第39頁/共66頁一、診斷技術的原理和任務第39頁/共66頁392、診斷參數(shù)技術狀況參數(shù)有許多，如溫度、壓力、流量、電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、噪聲、振動等。機械設備故障診斷的技術原理如圖1-3所示。3、任務1)弄清引起機械設備的劣化或故障的主要原因——應力狀況。2)掌握機械設備劣化、故障的部位、程度及原因等情況。3)了解機械設備的性能、強度、效率，做出診斷決策。4)預測機械設備的可靠性及使用壽命。第40頁/共66頁2、診斷參數(shù)第40頁/共66頁40二、診斷技術的分類(1)功能和運行診斷

診斷目的是檢測機械設備的功能狀態(tài)和運行中的工況。(2)直接和間接診斷

直接診斷是對機械設備或零部件直接觀察和測試；由于受結(jié)構(gòu)和運行條件等因素的限制不能進行直接診斷，而通過二次診斷信息間接地得到有關運行工況的診斷稱間接診斷。第41頁/共66頁二、診斷技術的分類第41頁/共66頁41(3)常規(guī)和特殊診斷

常規(guī)診斷屬于機械設備正常運行條件下進行的診斷，一般情況下最常用；對正常運行條件難以取得的診斷信息，通過一個非正常運行條件取得的信息和進行診斷稱特殊診斷。(4)簡易和精密診斷

由一般維修人員對機械設備進行概括性的評價稱簡易診斷；而精密診斷則是在簡易診斷的基礎上由專家對工況作精確的診斷。(5)定期診斷和在線監(jiān)控

定期診斷是每隔一定的時間對機械設備的各規(guī)定部位進行一次檢查和診斷，又叫巡回檢查。第42頁/共66頁(3)常規(guī)和特殊診斷第42頁/共66頁42三、過程故障診斷的基本過程如圖1-4所示。在故障診斷過程中，應能在不拆卸機械設備的條件下定量檢測和評價其各部分的運動、受力、磨損、缺陷、性能劣化和故障狀態(tài)等；應能確定故障性質(zhì)、部位、程度和發(fā)展趨勢，預測可靠性程度；應能確定發(fā)生異常時的修復方法。第43頁/共66頁三、過程第43頁/共66頁43

四、方法(一)信號的獲取1．直接觀察根據(jù)決策人的知識和經(jīng)驗對機械設備的運行狀態(tài)作出判斷的方法，它是現(xiàn)場經(jīng)常使用的方法。2．性能測定通過對功能進行測定取得信息，主要有振動、聲音、光、溫度、壓力、電參數(shù)、表面形貌、污染物情況等。3.磨損殘余物分析通過對零部件磨損殘余物在潤滑油中含量和混濁度變化的測定，分析油樣，可以迅速獲取失效的有關信息。第44頁/共66頁四、方法第44頁/共66頁44(二)信息的監(jiān)測預分析

1．憑五官進行外觀檢查

利用人體的感官，聽其音、嗅其味、看其動、感其溫，從而直接觀察到故障信號，豐富的經(jīng)驗和維修技術判定故障可能出現(xiàn)的部位與原因，達到預測預報的目的。

這些經(jīng)驗與技術對于小廠和普通機械設備是非常重要的，即使將來科學技術高度發(fā)展，也不可能有儀器設備監(jiān)測診斷技術取代。第45頁/共66頁(二)信息的監(jiān)測預分析第45頁/共66頁452．振動測量振動是一切做回轉(zhuǎn)或往復運動的機械設備最普遍的現(xiàn)象。產(chǎn)生振動的根本原因是機械設備本身及其周圍環(huán)境介質(zhì)受至振源的激振。激振來源于兩類因素：一是回轉(zhuǎn)件或往復件的缺陷，主要包括①失衡，即相對于回轉(zhuǎn)軸線的質(zhì)量分布不均，在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性力，構(gòu)成激振的原因。第46頁/共66頁2．振動測量第46頁/共66頁46②往復件的沖擊，如以平面連桿機構(gòu)原理作運動的機械設備，連桿往復運動產(chǎn)生的慣性力，其方向作周期性改變，形成了沖擊作用，這在結(jié)構(gòu)上很難避免。③轉(zhuǎn)子彎曲變形和零件失落，造成質(zhì)量分布不均，在回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力，導致振動。④制造質(zhì)量不高，特別是零件或構(gòu)件的形狀位置精度不高是質(zhì)量失衡的原因之一。⑤回轉(zhuǎn)體上的零件松動增加了質(zhì)量分布不均，軸與軸承的間隙固磨損加大也增加了失衡。第47頁/共66頁②往復件的沖擊，如以平面連桿機構(gòu)原理作運動的機械設備，連桿往47二是機械設備的結(jié)構(gòu)，主要包括①齒輪由于制造誤差導致輪齒嚙合不好，輪齒間的作用力在大小、方向上發(fā)生周期性變化。隨著齒_輪在運轉(zhuǎn)中的磨損和點蝕等現(xiàn)象日益嚴重，這種周期性的激振也日趨惡化。②聯(lián)軸器和離臺器的結(jié)構(gòu)不合理帶來失衡和沖擊。③滑動軸承的油膜渦動和振蕩。④滾動軸承中滾動體不平衡徑向游隙。⑤基座扭曲。⑥電源激勵。⑦壓力脈動等。第48頁/共66頁二是機械設備的結(jié)構(gòu)，第48頁/共66頁48振動測量與分析系統(tǒng)由四個基本部分組成：

即傳感器、測量儀器、分析儀器和記錄儀器。

該系統(tǒng)實際由傳感器和測量儀器兩部分組成。

傳感器的種類：

即感受振動位移的位移傳感器；感受振動速度的速度傳感器；感受加速度的加速度傳感器。目前應用最廣的是壓電式加速度計．第49頁/共66頁振動測量與分析系統(tǒng)由四個基本部分組成：第49頁/共66頁493．噪聲測量機械設備噪聲的聲源：；一類是運動的零部件，如電動機、油泵、齒輪、軸、軸承承等，其噪聲頻率與它們的運動頻率或固有頻率有關；另一類是不動的零件，如箱體、蓋板、機架等，其噪聲是聲源或振源的誘發(fā)而產(chǎn)生共鳴引起的。

噪聲測量主要是測量聲壓級。測量儀器可用簡單的聲級計，也可用復雜的實驗室分析和處理系統(tǒng)。

聲級計由傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡、均方根檢波電路和電表組成。

常用的電子聽診器是一種由振動加速度傳感器，將振動狀況轉(zhuǎn)換成電信號，并進行放大，實現(xiàn)定性測量的高效簡便監(jiān)測儀器。用耳機監(jiān)聽機械設備運行的振動聲響，通過測量各種工作狀況的信號，并進行對比，判斷是否存在故障及大小。第50頁/共66頁3．噪聲測量第50頁/共66頁504．溫度測量(1)接觸式傳感器通過與被測對象的接觸，由傳感器感溫元件的溫度反映出測溫對象的溫度。(2)非接觸式傳感器這類儀器是利用熱輻射與絕對溫度的關系來顯示溫度。如光學高溫計．輻射高溫計、紅外測量儀、紅外熱像儀等。(3)溫度指示漆、粉筆、帶和片它們的工作原理是從漆、粉筆、帶和片的顏色變化來反映溫度變化。測溫方法精度不高，但相當方便。第51頁/共66頁4．溫度測量第51頁/共66頁515.聲發(fā)射檢測各種材料由于外加應力作用，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時都會以彈性波的方式釋放應變能量，這種現(xiàn)象稱聲發(fā)射。如木材的斷裂、金屬材料內(nèi)部晶格錯位、晶界滑移或微觀裂紋的出現(xiàn)和擴展。人耳感知，不能感知（超聲范圍）聲發(fā)射檢測特點：1、需對構(gòu)建加應力2、是一種動態(tài)檢測，可客觀評價運行中機械設備的安全性和可靠性。3、靈敏度高、檢查覆蓋面積大、不會漏檢、可遠距離監(jiān)測。第52頁/共66頁5.聲發(fā)射檢測第52頁/共66頁52第53頁/共66頁第53頁/共66頁535．油樣分析

由于在油中帶有大量的零部件磨損狀況的信息，所阻通過對油樣的分析可間接監(jiān)測磨損的類型和程度，判斷磨損的部位，找出磨損的原因，進而預測壽命，為維修提供依據(jù)。例如，在活塞式發(fā)動機中，當油液中錫的含量增高時，可能表明軸承處于磨損的早期階段；鋁的含量增高劃表明活塞磨損。第54頁/共66頁5．油樣分析第54頁/共66頁54常用的油樣分析方法(1)磁塞分析法將一-枝帶磁性的油塞安置在潤滑油路的適當部位，利用磁性收集油中的磨損殘渣，借助讀數(shù)顯微鏡或直接用人的眼睛，觀察殘渣的大小、數(shù)量、形狀和特點，來判斷磨損狀態(tài)。

磁塞檢查的效果取決于殘渣被磁塞捕捉到的機會和磨損狀況兩個方面。磁塞應安放于潤滑油的主要通道上．并具有足夠大的磁場強度。適用于對帶磁性的材料進行分析，其殘渣50微米以上。第55頁/共66頁常用的油樣分析方法第55頁/共66頁55(2)光譜分析法它能檢測出鉛、鐵、鉻、銀、銅、錫、鎂、鋁和鎳等金屬元素。運用原子吸收光譜或原子發(fā)射光譜分析潤滑油中各種金屬的含量和戚分．定量地判斷磨損程度。1)原子發(fā)射光譜(AES)分析法油樣在高溫狀態(tài)下用帶電粒子撞擊(一般用電火花)，使之發(fā)射出代表各元素特征的各種被長的輻射線。2)原子吸收光譜(AAS)分析法利用處于基態(tài)的原子可以吸收相同原子發(fā)射的相同波長的光子能營而受激的原理。

由于光譜分析法本身的限制，不能給出磨損殘渣的形貌細節(jié)，而分析的殘渣一般只能小于2微米。第56頁/共66頁(2)光譜分析法它能檢測出鉛、鐵、鉻、銀、銅、錫、鎂、鋁56 6．頻閃觀察法

頻閃觀測儀，利用人跟具有視覺停留的特點，對準所要觀測的運動零部件，使閃光的次數(shù)與機件的轉(zhuǎn)速或往復次數(shù)一致，對能看到的部位產(chǎn)生了停止不動的印象 7．泄漏檢測-(1)皂液檢測法將皂洲涂抹在檢測部位上，通過觀察皂泡的生成速度、太小和位置進行檢測方法。但受環(huán)境溫度和泄漏部位能否便于檢測的制約第57頁/共66頁 6．頻閃觀察法第57頁/共66頁57 (2)聲學法當氣體或液體從裂縫或孔眼中造出時，收集這種過程發(fā)出的聲信號．將它放大用儀表顯示。檢測方法的缺點是濾除環(huán)境噪聲的干擾。使靈敏度降低，限制了儀器的使用范圍。 (3)觸媒燃燒器用通電加熱的白金絲與逸出可燃氣體或蒸汽接觸，產(chǎn)生燃燒而使溫度升高，把溫升轉(zhuǎn)化為電橋電阻的變化作為電信號由儀表顯示。 (4)壓力真空衰減測試法將容器或管道充壓密封，然后檢測壓力或真空的衰減情況，判泄漏程度。不能查出泄漏的部位。第58頁/共66頁 (2)聲學法當氣體或液體從裂縫或孔眼中造出時，收集這種58 8．厚度檢測

應用較廣的是超聲波測厚技術。超聲波在固體介質(zhì)中傳播的速度隨材料而異，它不能在空氣中傳播。若將超聲波向被測物體發(fā)射，它將穿越該物體的厚度，到達空氣時又被反射回來。通過測出發(fā)射和返回的時間，計算被測物體的厚度。

第59頁/共66頁 8．厚度檢測第59頁/共66頁59 (二)機械設備停機檢測 機械設備停機檢測是故障診斷的主要輔助手段，它經(jīng)常與檢修配合進行。

(1)主要精度的檢測包括主要幾何精度、位置精度、接觸精度、配臺精度等的檢測，這是一些異常故障的主要診斷途徑之一。主要精度的檢測經(jīng)常要解體，并借助于相應檢測量具、儀器一些專用裝置。

(2)內(nèi)部缺陷的檢測出例如對變形、裂紋、應力變化、材料組織缺陷等故障的檢測·其主要檢測器具有超聲波探傷儀、磁力探傷器等。第60頁/共66頁 (二)機械設備停機檢測第60頁/共66頁60故障是指產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能，或產(chǎn)品的一個或幾個性能指標超過了規(guī)定的范圍。它是產(chǎn)品的一種不合格狀態(tài)。故障是產(chǎn)品對其原始狀態(tài)的一種可識別的偏離。故障按其對功能的影響分為：功能故障和潛在故障。故障后果的分類：安全性后果故障，使用性后果故障，非使用性后果故障，隱患性后果故障。故障按其生產(chǎn)的原因及故障特征分類，可分為早期故障，偶然故障，耗損故障。第61頁/共66頁故障是指產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能，或產(chǎn)品的一個或幾個性能指標超過61故障過程模型：應力—強度模型，反應論模型，最弱環(huán)模型，累積損傷模型。渦流檢測：高頻渦流檢測和低頻渦流檢測。有關機械、電氣機械零部件故障的機理通常歸為：(1)蠕變或應力斷裂(S);(2)腐蝕(C);(3)磨損(W);(4)沖擊斷裂(I);(5)疲勞(F);(6)熱(T)。故障樹分析法目的是判明基本故障，確定故障的原因、影響和發(fā)生概率。第62頁/共66頁故障過程模型：應力—強度模型，反應論模型，最弱環(huán)模型，累積損62規(guī)定的功能：國家有關法規(guī)、質(zhì)量標準，以及合同規(guī)定的對產(chǎn)品適用、安全和其他特性的要求。它既是產(chǎn)品質(zhì)量的核心，又是產(chǎn)品是否失效（故障）的判據(jù)。故障機理：在應力和時間的條件下，導致故障發(fā)生的物理、化學、生物或機械等的過程。故障物理：又稱可靠性物理或失效物理，其目的在于研究產(chǎn)品在正?；蛱厥鈶ο拢收习l(fā)生和發(fā)展過程以及故障的原因，提出減少故障措施，從而改進產(chǎn)品的可靠性。故障模式或故障類型是故障發(fā)生時的具體表現(xiàn)形式，它是故障狀態(tài)的形式分類，如短路、斷路、疲勞斷裂、腐蝕等。一般來說，一種功能故障往往是由許多故障模式中的一種或數(shù)種（數(shù)種的可能性極?。┰斐傻?。第63頁/共66頁規(guī)定的功能：國家有關法規(guī)、質(zhì)量標準，以及合同規(guī)定的對產(chǎn)品適用63射線檢測法：利用某些射線能穿透物質(zhì)并且能使膠片感光或使某些熒光物質(zhì)發(fā)光的特性，對試件進行探傷。通常，易于穿透物質(zhì)的射線有X射線、γ射線、中子射線等。超聲波檢測法：高頻聲速（頻率在20kHz以上）射入被檢測材料，經(jīng)過不同介質(zhì)分界面會發(fā)生反射，檢測者分析反射聲束信號，便可確定缺陷或損傷的存在及其位置。磁粉檢測：鐵磁試件被磁化后，若試件存在表面或近表面的缺陷，會使試件表面產(chǎn)生漏磁。磁粉檢測是通過檢測漏磁來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法。潛在故障又稱作故障先兆（或故障苗頭），它是一種預示功能故障即將發(fā)生的可鑒別的實際狀態(tài)或事件。滲透檢測法：可以用來發(fā)現(xiàn)目視檢查難以發(fā)現(xiàn)的表面開口的小裂紋或材料的不連續(xù)性。它適用于大多數(shù)飛機材料，并對各種類型結(jié)構(gòu)可給出可靠的顯示。紅外線無損檢測：通過檢測物體的熱量和熱流來鑒定該物體質(zhì)量的一種方法。第64頁/共66頁射線檢測法：利用某些射線能穿透物質(zhì)并且能使膠片感光或使某些熒64ThankYou!第65頁/共66頁ThankYou!第65頁/共66頁65感謝您的欣賞！第66頁/共66頁感謝您的欣賞！第66頁/共66頁66第一章故障理論概述第一節(jié)概念

一、定義

故障是指整機或零部件在規(guī)定的時間和使用條件下不能完成規(guī)定的功能，或各項技術經(jīng)濟指標偏離了它的正常狀況。

例如：某些零部件損壞、磨損超限、焊縫開裂，螺栓松動，使工作能力喪失；發(fā)動機的功率降低；故障通常是指可以排除的障礙，即指可以修復的失效。第1頁/共66頁第一章故障理論概述故障通常是指可以排除的障礙，即指可以修67對于故障，應明確以下幾點：(1)規(guī)定的對象

它是指一臺單機、或由某些單機組成的系統(tǒng)、或機械設備上的某個零部件。不同的對象在同一時間將有不同的故障狀況。例如，在一條自動化流水線上，某一單機的故障足以造成整個系統(tǒng)功能的喪失。(2)規(guī)定的時間

發(fā)生故障的可能性隨時間的延長而增大。時間除了直接用年、月、日、時等作單位外，還可用機械設備的運轉(zhuǎn)次數(shù)、里程、周期作單位。例如：車輛等用行駛的里程；齒輪用它承受載荷的循環(huán)次數(shù)等。第2頁/共66頁對于故障，應明確以下幾點：第2頁/共66頁68(3)規(guī)定的條件

這是指機械設備運轉(zhuǎn)時的使用維護條件、人員操作水平、環(huán)境條件等。不同的條件將導致不同的故障。(4)規(guī)定的功能

它是針對具體問題而言，例如：同一狀態(tài)的車床，進給絲杠的損壞對加工螺紋而言是發(fā)生了故障。但對加工端面來說卻不算故障。(5)一定的故障程度

即應從定量的角度來估計功能喪失的嚴重。

故障的定義“故障是不合格的狀態(tài)”。第3頁/共66頁(3)規(guī)定的條件第3頁/共66頁69

二、模式1、定義

機械設備的故障必定表現(xiàn)為一定的物質(zhì)狀況及特征，它們反映出物理、化學的異?，F(xiàn)象，并導致功能的喪失。這些物質(zhì)狀況的特征稱故障模式，需要通過人的感官或測量儀器得到，相當于醫(yī)學上的“病癥”。第4頁/共66頁二、模式第4頁/共66頁702、故障模式分類1)屬于機械零部件材料性能方面的故障：包括疲勞、斷裂、裂紋、蠕變、過度變形、材質(zhì)劣化等。2)屬于化學、物理狀況異常方面的故障：包括腐蝕、油質(zhì)劣化、絕緣絕熱劣化、導電導熱劣化、溶融、蒸發(fā)等。3)屬于機械設備運動狀態(tài)方面故障：包括振動、滲漏、堵塞、異常噪聲等4)多種原因的綜合表現(xiàn)：如磨損等

此外．還有配合件的間隙增大或過盈喪失、固定和緊固裝置松動與失效等。第5頁/共66頁2、故障模式分類第5頁/共66頁71第6頁/共66頁第6頁/共66頁72三、性質(zhì)1、層次性：機械設備可以分為若干個層次，不同層次會出現(xiàn)相應的故障。2、相關性：某層次發(fā)生故障時，相關的層次也可能發(fā)生故障，不同層次也可能出現(xiàn)故障3、延時性；故障的產(chǎn)生、傳播和惡化都需要時間，且隨時間的延長而延長。4、不確定性：發(fā)生時間、現(xiàn)象等具有不確定性。5、修復性：多數(shù)故障是可以修復的，包括更換。第7頁/共66頁三、性質(zhì)第7頁/共66頁73四、分類

臨時性故障

永久性故障

一、臨時性故障

它多半由機械設備的外部原因引起的。例如：工人誤操作、氣候變化．運輸條件中斷、環(huán)境設施不良等造成。當這些外部干擾消除后．運轉(zhuǎn)即可正常。但臨時性故障能導致永久性故障。第8頁/共66頁四、分類第8頁/共66頁74二、永久性故障 (一)按故障發(fā)生時間分 1．早發(fā)性故障

由于機械設備在設計、制造、裝配、安裝、調(diào)試等方面存在問題引起的。

2．突發(fā)性故障

這是由于各種不利因素和偶然的外界影響因素共同作用的結(jié)果。故障發(fā)生的特點是具有偶然性和突發(fā)性，事先無任何征兆．一般與使用時間無關，難以頂測。

例如；因潤滑油中斷而使零件產(chǎn)生熱變形裂紋；因使用不當或出現(xiàn)超負荷引起零件折斷；困各參數(shù)達到極限值而引起零件變形和斷裂等。第9頁/共66頁二、永久性故障第9頁/共66頁753．漸進性故障因機械設備技術特性參數(shù)的劣化過程，包括腐蝕、磨損、疲勞、老化等。逐漸發(fā)展而成的。特點是故障發(fā)生的概率與使用時間有關，設備有效壽命的后期表現(xiàn)出來。故障一經(jīng)發(fā)生，就標志著壽命的終結(jié)。大部分機械設備的故障都屬于這一類。第10頁/共66頁3．漸進性故障第10頁/共66頁764．復合型故障故障包括上述故障的特征，其故障發(fā)生的時間不定。機械設備工作能力耗損過程的速度與其耗損的性能有關。例如（1）零件內(nèi)部存在著應力集中，當受到外界作用的最大沖擊后，繼續(xù)使用就可能逐漸發(fā)生裂紋；（2）摩擦副的磨損過程引起漸進性故障，而外界的磨粒會引起突發(fā)性故障。第11頁/共66頁4．復合型故障第11頁/共66頁77(二)按故障表現(xiàn)形式分1．功能故障機械設備應有的工作能力或特性降低，不能工作，即喪失了它應有的功能，稱功能故障。這類故障可通過操作者的直接感受或測定其輸出參數(shù)而判斷。例如關鍵零件壞了、精度喪失、傳動效率降低，速度達不到標準值，使整機不能工作；生產(chǎn)率達不到規(guī)定的指標等。第12頁/共66頁(二)按故障表現(xiàn)形式分第12頁/共66頁782．潛在故障故障逐漸發(fā)展，但尚未在功能方面表現(xiàn)出來，卻又接近萌發(fā)的階段。當這種情況能夠鑒別時，即認為也是一種故障現(xiàn)象，稱潛在故障。例如零件在疲勞破壞過程中，其裂紋的深度接近于允許的臨界值時，便認為存在潛在故障。第13頁/共66頁2．潛在故障第13頁/共66頁79(三)根據(jù)故障產(chǎn)生的原因分1．人為故障由于在設計、制造、大修、使用、運輸、管理等方面存在問題，使機械設備過早地喪失了它應有的功能，稱人為故障。分為：

①錯用性故障，這是指機械設備沒有按照原設計規(guī)定的條件運轉(zhuǎn)，超載、超速、超時，工作條件發(fā)生未料及的惡化等原因?qū)е碌墓收稀?/p>

②固有薄弱性故障，它來源于機械設備本身，如設計不當、制造工藝差、材料低劣等，是固有薄弱性環(huán)節(jié)構(gòu)成故障隱患或故障誘發(fā)因素。第14頁/共66頁(三)根據(jù)故障產(chǎn)生的原因分第14頁/共66頁802．自然故障機械設備在其使用和保有期內(nèi)，因受到外部或內(nèi)部各種不同的自然因素影響而引起的故障都屬于自然故障。例如正常情況下的磨損、斷裂、腐蝕、變形、蠕變、老化等損壞形式。第15頁/共66頁2．自然故障第15頁/共66頁81(四)按故障造成后果分1．致命故障導致人身傷亡，引起機械設備報廢或造成重大經(jīng)濟損失的故障。例如機架或機體斷離、車輪脫落、發(fā)動機總成報廢等。2．嚴重故障指嚴重影響機械設備正常使用，在較短的有效時間內(nèi)無法排除的故障。例如發(fā)動機燒瓦、曲軸斷裂、箱體裂紋、齒輪損壞等。第16頁/共66頁(四)按故障造成后果分第16頁/共66頁823．一般故障

明顯影響機械設備正常使用，在較短的有效時間內(nèi)可以排除的故障。例如傳動帶斷裂、操縱手柄損壞、板金件開裂或開焊、電器開關損壞等。4．輕度故障

輕度影響機械設備正常使用，能在日常保養(yǎng)中用隨機工具輕易排除的故障。如輕微滲漏、一般緊固件松動等。第17頁/共66頁3．一般故障第17頁/共66頁83第二節(jié)故障特征量的描述

一、故障概率1、特點：（1）機械設備發(fā)生故障的可能性也隨時間的推遲而增大，它是時間的函數(shù)。（2）故障發(fā)生具有隨機性，都很難預料它的確切發(fā)生時間，因而故障可用概率表示。（3）單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。它是單調(diào)增函數(shù)。第18頁/共66頁第二節(jié)故障特征量的描述一、故障概率第18頁/共66頁842.故障概率公式

F(t)——故障概率

f(t)——故障概率分布密度函數(shù)；t——時間。當T=o時，即F(0)=0當T=∞時，即F(∞)=l機械設備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)不發(fā)生故障的概率稱無故障概率，用R(t)表示。顯然，故障概率與無故障概率構(gòu)成一個完整事件組，即F(t)+R(t)=l第19頁/共66頁2.故障概率公式機械設備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)不發(fā)生故85二、故障率1、概念故障率是指在每一個時間增量里產(chǎn)生故障的次數(shù)，或在時間f之前尚未發(fā)生故障，而在隨后的時間內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率，用λ(t)表示第20頁/共66頁二、故障率第20頁/共66頁862、分類根據(jù)不同的變化規(guī)律，故障率可分為四種類型。(1)常數(shù)型(2)負指數(shù)型(3)正指數(shù)型(漸增型)(4)浴盆曲線型第21頁/共66頁2、分類根據(jù)不同的變化規(guī)律，故障率可分為四種類型。871）．常數(shù)型

故障率基本保持不變，它不隨時間而變化。此時的機械設備或零部件均未達到使用壽命，不易發(fā)生故障。但因某種原因也會導致發(fā)生故障，且有隨機性。在加強維護保養(yǎng)的情況下將隨時排除故障，因此故障率很小。這是最常見的一種類型，見圖1—2所示。第22頁/共66頁1）．常數(shù)型第22頁/共66頁882．負指數(shù)型

又稱漸減型。由于使用了質(zhì)量粗劣的零件，或制造中工藝疏忽，或裝配質(zhì)量不高，還有設計、保管、運輸、操作等方面的原因，使機械設備投人運轉(zhuǎn)的初期故障率很高早期故障期。隨著時間的推移，經(jīng)過運轉(zhuǎn)、磨合、調(diào)整，故障逐個暴露，排除后，故障率由高逐漸降低，并趨于穩(wěn)定，成為負指數(shù)型故障率曲線，如圖1—3所示。第23頁/共66頁2．負指數(shù)型第23頁/共66頁893．正指數(shù)型

又稱漸增型。機械設備或零部件隨著時間的增長，逐漸發(fā)生磨損、腐蝕等，故障急劇增多，其故障率曲線是正指數(shù)型。漸進性故障的故障率屬于這種類型，見圖1-4。第24頁/共66頁3．正指數(shù)型第24頁/共66頁904．浴盆曲線型

浴盆曲線型是最常見的一種故障率類型1)早期故障期量設備安裝試車后，經(jīng)過磨合、調(diào)整將正常工作階段。若進行大修或技術改造后，早期故障期將再次出現(xiàn)。2)隨機故障期是機械設備的最佳工作期。3)耗損故障期，為兩次大修間的正常工作時間。在這一時期出現(xiàn)前進行預防維修，或在這一時期剛出現(xiàn)時就進行小修，防止故障大量出現(xiàn)，降低故障率和減少維修工作量。第25頁/共66頁4．浴盆曲線型第25頁/共66頁91三、平均故障間隔時間(MTBF)1、定義：

修復的機械設備和零部件在相鄰兩次故障間隔內(nèi)正常工作時的平均時間。2、例題：某機械設備第一次工作了1000h后發(fā)生故障，第二次工作了2000h后發(fā)生故障，笫三次工作到2400h之后又發(fā)生故障，則該機械設備平均故障間隔時間為(1000+2000+2400)h÷3=1800h3、意義

平均故障間隔時間越長，說明愈可靠。第26頁/共66頁三、平均故障間隔時間(MTBF)第26頁/共66頁92四、平均無故障工作時間（MTTF）

零件從開始使用到發(fā)生故障的平均時間，也稱平均無故障時間。它與平均故障間隔時間的數(shù)學表達式和計算方法相同，故稱平均壽命。第27頁/共66頁四、平均無故障工作時間（MTTF）第27頁/共66頁93第三節(jié)故障理論一、故障理論內(nèi)容和組成

故障理論揭示了機械設備在使用過程中的運動規(guī)律，它包括故障統(tǒng)計分析即故障宏觀理論和故障物理分析即故障微觀理論。第28頁/共66頁第三節(jié)故障理論一、故障理論第28頁/共66頁94

（一）故障統(tǒng)計分析1、特點：故障統(tǒng)計分析可以對機械設備的結(jié)局作出規(guī)律性的大致描述，提供信息，反映主要故障問題，但不能揭示事物的根本性質(zhì)。2、組成：故障統(tǒng)計分析包括故障的分類、故障分布和特征量，故障的邏輯決斷等第29頁/共66頁（一）故障統(tǒng)計分析第29頁/共66頁95

（二）故障物理分析1、內(nèi)容

以機械設備在各種不同使用條件下發(fā)生的各種故障為研究對象，用先進的測試技術和理化方法．從微觀和亞微觀的角度分析研究故障從發(fā)生、發(fā)展到形成的過程，故障的機理、形態(tài)、規(guī)律及其影響因素。第30頁/共66頁（二）故障物理分析第30頁/共66頁962、組成故障物理分析包括故障機理和故障形態(tài)兩個方面。（1）故障機理是研究機械設備發(fā)生故障的原因及其發(fā)展規(guī)律，即劣化理論。一般表現(xiàn)為斷裂、磨損、變形、疲勞、腐蝕和氧化等。（2）故障形態(tài)的研究，是把故障機理和故障分析的研究，歸結(jié)到故障的具體形態(tài)、類型和模式上。在大量統(tǒng)計和分析研究的基礎上，用故障單元的外部特征作為判斷故障內(nèi)在聯(lián)系的依據(jù)，具有鮮明的直覺感。第31頁/共66頁2、組成第31頁/共66頁97二、故障規(guī)律從機械設備使用者的角度出發(fā)，對于曲線表示的早期故障率，由于出廠前已進行了調(diào)整，可認為已基本消除，不必考慮；隨機故障通常容易排除，且一般不決定機械設備的壽命，唯有耗損故障才是影響有效壽命的決定性因素，因而是主要研究對象。三、故障產(chǎn)生的主要原因及主要內(nèi)容

故障產(chǎn)生的主要原因及主要內(nèi)容見表1-2。第32頁/共66頁二、故障規(guī)律第32頁/共66頁98第33頁/共66頁第33頁/共66頁99

四、影響因素 1．設計規(guī)劃

在設計規(guī)劃中，應對機械設備未來的工作條件有準確估計，對可能出現(xiàn)的變異有充分考慮。設計方案不完善，設計圖樣和技術文件的審查不嚴是產(chǎn)生故障的重要原因。2．材料選擇

在設計、制造和維修中，都要根據(jù)零件工作的性質(zhì)和特點正確選擇材料。材料選用不當、或材質(zhì)不符合標準規(guī)定?；蜻x用了不適當?shù)拇闷肥钱a(chǎn)生磨損、腐蝕、過度變形、疲勞、破裂、老化等現(xiàn)象的主要原因。第34頁/共66頁 四、影響因素第34頁/共66頁1003．制造質(zhì)量

零件在鑄、鍛、焊、熱處理和切削加工過程中積累了應力集中、局部和微觀的金相組織缺陷、微觀裂紋等。這些缺陷往往在工序檢驗時容易被疏忽。零件制造質(zhì)量不能滿足要求是機械設備壽命不長的重要原因。4．裝配質(zhì)量

首先要有正確的配合要求，配合間隙的極限值包括裝配后經(jīng)過磨合的初始間隙。初始間隙過大，有效壽命期就會縮短。裝配中各零部件之間的相互位置精度也很重要，若達不到要求，會引起附加應力等后果，加速失效。第35頁/共66頁3．制造質(zhì)量第35頁/共66頁1015．合理維修

根據(jù)工藝合理、經(jīng)濟合算、生產(chǎn)可能的原則，合理進行維修、保證維修質(zhì)量。這里最重要、最關鍵的是要合理選擇和運用修復工藝、注意修復前的準備、修復過程中按規(guī)程執(zhí)行操作、修復后的處理工作。6．正確使用在正常使用條件下，機械設備有其自身的故障規(guī)律。但使用條件改變故障規(guī)律也改變。(1)載荷

磨損和疲勞都是載荷的函數(shù)。當載荷超過設計的額定值后，將引起劇烈的破壞，這是不允許的。第36頁/共66頁5．合理維修第36頁/共66頁102(2)環(huán)境

它包括氣候、腐蝕介質(zhì)和其它有害介質(zhì)影響，以及工作對象的狀況等溫度升高，磨損和腐蝕加??；過高的濕度和空氣中的腐蝕介質(zhì)存在，造成腐蝕和腐蝕磨損，空氣中塵量過多、工作條件惡劣都會影響損壞。(3)保養(yǎng)和操作

建立合理的維護保養(yǎng)制度，嚴格執(zhí)行技術保養(yǎng)和使用操作規(guī)程，是保證機械設備工作的可靠和提高使用壽命的重要條件。此外，需要對人員進行培訓。第37頁/共66頁(2)環(huán)境第37頁/共66頁103第四節(jié)故障診斷簡介機械設備出現(xiàn)故障后，使某些特性改變，產(chǎn)生能量、力、熱及摩擦等各種物理和化學參數(shù)，發(fā)出各種不同的信息，捕捉這些變化的征兆．檢測變化的信號及規(guī)律，從而判定故障發(fā)生的部位，性質(zhì)大小，分析原因和異常情況，預報未來，判別損壞情況，做出決策，清除故障隱患，防止事故的發(fā)生，這就是故障診斷。它是一門識別機械設備運行狀態(tài)的科學。第38頁/共66頁第四節(jié)故障診斷簡介第38頁/共66頁104一、診斷技術的原理和任務1.原理在機械設備中，運用診斷手段獲取各種信息，反映它的技術狀況。當參數(shù)超越一定范圍，就有故障的征兆。例如：某機械運轉(zhuǎn)的噪聲，當機械中的某些配合件因磨損等原因引起配合間隙增大時，就會出現(xiàn)沖擊和振動，從而使噪聲進一步增大。所以，噪聲反應了故障的征兆。第39頁/共66頁一、診斷技術的原理和任務第39頁/共66頁1052、診斷參數(shù)技術狀況參數(shù)有許多，如溫度、壓力、流量、電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、噪聲、振動等。機械設備故障診斷的技術原理如圖1-3所示。3、任務1)弄清引起機械設備的劣化或故障的主要原因——應力狀況。2)掌握機械設備劣化、故障的部位、程度及原因等情況。3)了解機械設備的性能、強度、效率，做出診斷決策。4)預測機械設備的可靠性及使用壽命。第40頁/共66頁2、診斷參數(shù)第40頁/共66頁106二、診斷技術的分類(1)功能和運行診斷

診斷目的是檢測機械設備的功能狀態(tài)和運行中的工況。(2)直接和間接診斷

直接診斷是對機械設備或零部件直接觀察和測試；由于受結(jié)構(gòu)和運行條件等因素的限制不能進行直接診斷，而通過二次診斷信息間接地得到有關運行工況的診斷稱間接診斷。第41頁/共66頁二、診斷技術的分類第41頁/共66頁107(3)常規(guī)和特殊診斷

常規(guī)診斷屬于機械設備正常運行條件下進行的診斷，一般情況下最常用；對正常運行條件難以取得的診斷信息，通過一個非正常運行條件取得的信息和進行診斷稱特殊診斷。(4)簡易和精密診斷

由一般維修人員對機械設備進行概括性的評價稱簡易診斷；而精密診斷則是在簡易診斷的基礎上由專家對工況作精確的診斷。(5)定期診斷和在線監(jiān)控

定期診斷是每隔一定的時間對機械設備的各規(guī)定部位進行一次檢查和診斷，又叫巡回檢查。第42頁/共66頁(3)常規(guī)和特殊診斷第42頁/共66頁108三、過程故障診斷的基本過程如圖1-4所示。在故障診斷過程中，應能在不拆卸機械設備的條件下定量檢測和評價其各部分的運動、受力、磨損、缺陷、性能劣化和故障狀態(tài)等；應能確定故障性質(zhì)、部位、程度和發(fā)展趨勢，預測可靠性程度；應能確定發(fā)生異常時的修復方法。第43頁/共66頁三、過程第43頁/共66頁109

四、方法(一)信號的獲取1．直接觀察根據(jù)決策人的知識和經(jīng)驗對機械設備的運行狀態(tài)作出判斷的方法，它是現(xiàn)場經(jīng)常使用的方法。2．性能測定通過對功能進行測定取得信息，主要有振動、聲音、光、溫度、壓力、電參數(shù)、表面形貌、污染物情況等。3.磨損殘余物分析通過對零部件磨損殘余物在潤滑油中含量和混濁度變化的測定，分析油樣，可以迅速獲取失效的有關信息。第44頁/共66頁四、方法第44頁/共66頁110(二)信息的監(jiān)測預分析

1．憑五官進行外觀檢查

利用人體的感官，聽其音、嗅其味、看其動、感其溫，從而直接觀察到故障信號，豐富的經(jīng)驗和維修技術判定故障可能出現(xiàn)的部位與原因，達到預測預報的目的。

這些經(jīng)驗與技術對于小廠和普通機械設備是非常重要的，即使將來科學技術高度發(fā)展，也不可能有儀器設備監(jiān)測診斷技術取代。第45頁/共66頁(二)信息的監(jiān)測預分析第45頁/共66頁1112．振動測量振動是一切做回轉(zhuǎn)或往復運動的機械設備最普遍的現(xiàn)象。產(chǎn)生振動的根本原因是機械設備本身及其周圍環(huán)境介質(zhì)受至振源的激振。激振來源于兩類因素：一是回轉(zhuǎn)件或往復件的缺陷，主要包括①失衡，即相對于回轉(zhuǎn)軸線的質(zhì)量分布不均，在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性力，構(gòu)成激振的原因。第46頁/共66頁2．振動測量第46頁/共66頁112②往復件的沖擊，如以平面連桿機構(gòu)原理作運動的機械設備，連桿往復運動產(chǎn)生的慣性力，其方向作周期性改變，形成了沖擊作用，這在結(jié)構(gòu)上很難避免。③轉(zhuǎn)子彎曲變形和零件失落，造成質(zhì)量分布不均，在回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力，導致振動。④制造質(zhì)量不高，特別是零件或構(gòu)件的形狀位置精度不高是質(zhì)量失衡的原因之一。⑤回轉(zhuǎn)體上的零件松動增加了質(zhì)量分布不均，軸與軸承的間隙固磨損加大也增加了失衡。第47頁/共66頁②往復件的沖擊，如以平面連桿機構(gòu)原理作運動的機械設備，連桿往113二是機械設備的結(jié)構(gòu)，主要包括①齒輪由于制造誤差導致輪齒嚙合不好，輪齒間的作用力在大小、方向上發(fā)生周期性變化。隨著齒_輪在運轉(zhuǎn)中的磨損和點蝕等現(xiàn)象日益嚴重，這種周期性的激振也日趨惡化。②聯(lián)軸器和離臺器的結(jié)構(gòu)不合理帶來失衡和沖擊。③滑動軸承的油膜渦動和振蕩。④滾動軸承中滾動體不平衡徑向游隙。⑤基座扭曲。⑥電源激勵。⑦壓力脈動等。第48頁/共66頁二是機械設備的結(jié)構(gòu)，第48頁/共66頁114振動測量與分析系統(tǒng)由四個基本部分組成：

即傳感器、測量儀器、分析儀器和記錄儀器。

該系統(tǒng)實際由傳感器和測量儀器兩部分組成。

傳感器的種類：

即感受振動位移的位移傳感器；感受振動速度的速度傳感器；感受加速度的加速度傳感器。目前應用最廣的是壓電式加速度計．第49頁/共66頁振動測量與分析系統(tǒng)由四個基本部分組成：第49頁/共66頁1153．噪聲測量機械設備噪聲的聲源：；一類是運動的零部件，如電動機、油泵、齒輪、軸、軸承承等，其噪聲頻率與它們的運動頻率或固有頻率有關；另一類是不動的零件，如箱體、蓋板、機架等，其噪聲是聲源或振源的誘發(fā)而產(chǎn)生共鳴引起的。

噪聲測量主要是測量聲壓級。測量儀器可用簡單的聲級計，也可用復雜的實驗室分析和處理系統(tǒng)。

聲級計由傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡、均方根檢波電路和電表組成。

常用的電子聽診器是一種由振動加速度傳感器，將振動狀況轉(zhuǎn)換成電信號，并進行放大，實現(xiàn)定性測量的高效簡便監(jiān)測儀器。用耳機監(jiān)聽機械設備運行的振動聲響，通過測量各種工作狀況的信號，并進行對比，判斷是否存在故障及大小。第50頁/共66頁3．噪聲測量第50頁/共66頁1164．溫度測量(1)接觸式傳感器通過與被測對象的接觸，由傳感器感溫元件的溫度反映出測溫對象的溫度。(2)非接觸式傳感器這類儀器是利用熱輻射與絕對溫度的關系來顯示溫度。如光學高溫計．輻射高溫計、紅外測量儀、紅外熱像儀等。(3)溫度指示漆、粉筆、帶和片它們的工作原理是從漆、粉筆、帶和片的顏色變化來反映溫度變化。測溫方法精度不高，但相當方便。第51頁/共66頁4．溫度測量第51頁/共66頁1175.聲發(fā)射檢測各種材料由于外加應力作用，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時都會以彈性波的方式釋放應變能量，這種現(xiàn)象稱聲發(fā)射。如木材的斷裂、金屬材料內(nèi)部晶格錯位、晶界滑移或微觀裂紋的出現(xiàn)和擴展。人耳感知，不能感知（超聲范圍）聲發(fā)射檢測特點：1、需對構(gòu)建加應力2、是一種動態(tài)檢測，可客觀評價運行中機械設備的安全性和可靠性。3、靈敏度高、檢查覆蓋面積大、不會漏檢、可遠距離監(jiān)測。第52頁/共66頁5.聲發(fā)射檢測第52頁/共66頁118第53頁/共66頁第53頁/共66頁1195．油樣分析

由于在油中帶有大量的零部件磨損狀況的信息，所阻通過對油樣的分析可間接監(jiān)測磨損的類型和程度，判斷磨損的部位，找出磨損的原因，進而預測壽命，為維修提供依據(jù)。例如，在活塞式發(fā)動機中，當油液中錫的含量增高時，可能表明軸承處于磨損的早期階段；鋁的含量增高劃表明活塞磨損。第54頁/共66頁5．油樣分析第54頁/共66頁120常用的油樣分析方法(1)磁塞分析法將一-枝帶磁性的油塞安置在潤滑油路的適當部位，利用磁性收集油中的磨損殘渣，借助讀數(shù)顯微鏡或直接用人的眼睛，觀察殘渣的大小、數(shù)量、形狀和特點，來判斷磨損狀態(tài)。

磁塞檢查的效果取決于殘渣被磁塞捕捉到的機會和磨損狀況兩個方面。磁塞應安放于潤滑油的主要通道上．并具有足夠大的磁場強度。適用于對帶磁性的材料進行分析，其殘渣