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1、机电设备故障及零部件失效机理第一章 机电设备故障及零部件失效机理本章主要内容机电设备故障的概念 分类 规律零部件失效主要模式:1.机械零件的磨损2.金属零件的腐蚀3.机械零件的变形4.机械零件的断裂不同失效模式下减少或消除其失效的方法和途径。2023/5/231 1机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第一节 概论 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,追寻故障机理,探求减少故障的方法,提高机电设备的可靠程度和有效利用率
2、故障定义:设备(系统)或零部件丧失了规定工能的状态。故障含两层含义:一是机械系统偏离正常功能;二是其功能失效。2023/5/232 2机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理关于失效的基本概念1 1、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
3、。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2023/5/233 3机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第一节 概论 对故障进行研究时，要注意一下几个问题：1.故障状况随规定对象的变化而不同。2.故障状况是针对规定功能而言的。3.故障状况应达到一定的程度。2023/5/234 4机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理二、故障的分类 机械故障可以从不同角度来进行分类，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，以下是各种故障分类方法。20
4、23/5/235 5机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障分类1.按故障性质分u间歇性故障：设备只是在短期内丧失某些功能,在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失后,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引起。u永久性故障：此类故障必须经人工修理才能恢复功能。该故障一般是因为某些零部件损坏引起的。2023/5/236 6机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障分类2.按故障程度分u局部性故障：设备只是某一部功能丧失,不影响设备其它功能的实现(如冷却电机)u整体性故障：虽然设备只是某一部功能丧失,但却使设备
5、整体功能不能实现(如主电动机故障)2023/5/237 7机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障分类3.按故障形成速度分u突发性故障：故障发生具有偶然性和突发性,一般与设备使用时间无关,故障发生前无明显征兆,通过早期试验或测试很难预测,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u缓变性故障：故障发展缓慢,一般在设备有效寿命的后期出现,其发生概率与使用时间有关,能够通过早期试验或测试进行预测,通常是因零部件的腐蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的2023/5/238 8机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障分类4.按故障形成原
6、因分u操作或管理失误形成的故障：设备未按原设计规定的条件使用,形成设备错用、精机粗用u设备内在原因形成的故障：一般是设备由于设计、制造遗留下的缺陷(如加工残余应力、局部薄弱环节等)或材料内部潜在的缺陷造成的.该故障无法预测,是突发性故障的重要原因u自然故障：设备在有效期内,因受到外部或内部多种自然因素影响而引起的故障,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2023/5/239 9机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障分类5.按故障造成的后果分u致命故障：危及或导致伤亡、引起设备报废或造成重大经济损失的故障。如机架或机体断裂、车轮脱落、发动机总成报
7、废等u严重故障：是指严重影响设备正常使用,在短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u一般故障：指影响设备正常使用,但在短期内能排除的故障。如V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2023/5/2310 10机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障分类6.按故障表现形式分功能故障和潜在故障7.按故障形成的时间分 早期故障和随时间变化的故障及随机故障8.按故障程度和形成快慢分 破坏性故障和渐衰失效性故障2023/5/2311 11机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 设备的
8、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发生故障。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，便可设法从根本上预防故障。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。2023/5/2312 12机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 可靠性 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：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。l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因而设备的使用寿命总是有限的。由
9、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、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，称为故障概率。2023/5/2313 13机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 1.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的概率。用R(t)表示。2.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F(t)表示。图1-1 可靠度曲线 图1-2 故障概率曲线2023/5/2314 14机电设备维修技
10、术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 1.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的概率。用R(t)表示。图1-1为可靠度曲线。由图可见，产品的可靠度 R(t)是时间t的函数，随着时间的增长，产品的可靠度会越来越低，它是一个介于1与0之间的数，即0R(t)1。图1-1 可靠度曲线 112023/5/2315 15机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 2.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F(t)表示。图1-2为故障概率曲线。由图可见，产品的故障概率F(t)也是时
11、间t的函数,随着时间的推移,产品的故障概率会越来越大,它是一个介于0与1之间的数,即0F(t)1。图1-2 故障概率曲线 112023/5/2316 16机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理无故障概率与故障概率关系两者是对立事件故障概率与无故障概率构成了一个完整的事件组，即2023/5/2317 17机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 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函数f(t)f(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
12、概率。它是单调增函数。故障概率可用公式表示：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：式中 式中F(t)-F(t)-故障概率 故障概率 f(t)-f(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 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)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：2023/5/2318 18机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 图1-3 故障概
13、率密度函数f(t)t2023/5/2319 19机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 3.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t之前尚未发生故障，而在随后的dt时间之内可能发生故障的条件概率，用(t)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，相对于该瞬时无故障概率之比。2023/5/2320 20机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 故障率故障率 瞬时故障率 瞬时故障率 产品在某一瞬时 产品在某一瞬时t t的单位时间内发生故障的概率 的单位时间内发生故障的概率 平均故障率
14、 平均故障率 产品在某一段时间内单位时间发生故障的概率 产品在某一段时间内单位时间发生故障的概率 平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（MTBF MTBF）可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工作的平均时间。可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工作的平均时间。2023/5/2321 21机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理l一些产品的MTBF：电脑产品规范4000h，大屏幕投影30000h，硬盘30000-40000h，磁盘阵列不低于50000h，方正笔记本电脑70000h，长城电源120000h。三、故障的规律 2023/5/2322 22机电设备维修技术 机电设备维修技
15、术机电设备故障及零部件失效机理例：设有一电子产品工作1000小时，共发生故障5次，求该产品MTBF。参考答案：MTBF=200h其故障率为(t)=5/(11000)=0.005/h MTBF=1/(t)三、故障的规律 2023/5/2323 23机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理 例：某产品 例：某产品MTBF=16 MTBF=16万 万h18 h18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1000 1000太设备有 太设备有55 55台会出故障。台会出故障。三、故障的规律 2023/5
16、/2324 24机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理三、故障的规律 例：设t=0时，投入工作1000只灯泡，当 t=365天时，发现有30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（天）、MTBF。F(t)=30/1000=0.03R(t)=1-F(t)=0.97=30/(970365)=0.84710-4/天=30/(1000+970)/2 365=0.83410-4/天MTBF=1/(t)=11806天32年2023/5/2325 25机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理故障率曲线 大多数故障出现的时间和频率与机电设备大
17、多数故障出现的时间和频率与机电设备的使用时间有密切联系。通过工程实践和实验的使用时间有密切联系。通过工程实践和实验表明，机电设备的故障率变化可分为以下三种表明，机电设备的故障率变化可分为以下三种类型：类型：1）早期故障期2）随机故障期3）损耗故障期 2023/5/2326 26机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理早期故障期特点：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
18、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、排除故障等 通过运转磨合、检查、排除故障等手段可使其缺陷逐步消除，运转趋于 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的 正常，从而实现逐渐减少这类故障的目的。目的。早期故障期故障率曲线Ot 2023/5/2327 27机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理随机故障期O t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
19、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。2023/5/2328 28机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理耗损故障期Ot 耗损故障期故障率曲线特点：故障率随运转时间的增加而增高。损耗故障是由于设备零部件的磨耗 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。、疲劳、老化、腐蚀等造成的。这类故障时设备接近大修期或寿命 这类故障时设备接近大修期或寿命末期的征兆。末期的征兆。2023/5/2329 29机电设备维修技术 机电设备维修技术
20、机电设备故障及零部件失效机理机械产品在整个寿命期内故障率曲线机械产品在整个寿命期内故障率曲线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。、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。3 3、对应各不同故障率曲线的时间范围分
21、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。、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。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有效寿命的决定因素。、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
22、是影响机械设备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2023/5/2330 30机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理 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
23、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30 30 50%50%是由于摩擦 是由于摩擦和磨损造成。和磨损造成。第二节 机械零件的磨损 2023/5/2331 31机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例：轴承之磨损失效322023/5/2332 32机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例：轴承之接触疲劳失效332023
24、/5/2333 33机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例：轴承之腐蚀失效342023/5/2334 34机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例：轴承之断裂失效352023/5/2335 35机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例2：齿轮之齿面磨损362023/5/2336 36机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例2：齿轮之轮齿折断372023/5/2337 37机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例2：齿轮之齿面点蚀382023/5/2338 38机电设备维修技
25、术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例2：齿轮之齿面胶合392023/5/2339 39机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理例2：齿轮之齿面塑性变形402023/5/2340 40机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损 一、零件磨损的一般规律一、零件磨损的一般规律 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2023/5/2341 41机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理42磨损特性曲线2023/5/2342 42机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备
26、故障及零部件失效机理磨合阶段l新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度，实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，在一定载荷作用际接触面积小。开始磨合时，在一定载荷作用下，表面逐渐磨平，磨损速度较大，如图中的下，表面逐渐磨平，磨损速度较大，如图中的OAOA线段。随着磨合的进行，实际接触面积逐渐线段。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增大，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。行前，认真进行磨合是十分重要的。2023/5/23 432023/5/2343 43机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件
27、失效机理稳定磨损阶段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、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；BB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。2023/5/23 442023/5/2344 44机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理急剧磨损阶段l阶段经过阶段经过BB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
28、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。2023/5/23 452023/5/2345 45机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损 二、磨损的类型二、磨损的类型 磨料（粒）磨损 磨料（粒）磨损 疲劳磨损 疲劳磨损 粘着磨损 粘着磨损 腐蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 微动磨损（一）磨料磨损（一）磨料磨损 磨料磨损也称为磨粒磨损，它是当摩擦副的接触表面之间
29、 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的 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。硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损。它 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。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50 50是十分常见且危害性 是十分常见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
30、，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。2023/5/2346 46机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损 2023/5/2347 47机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理垂直分力塑性材料: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：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
31、 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。第二节 机械零件的磨损 2023/5/2348 48机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2023/5/2349 49机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损 2 2、影响的主要因素、影响的主要因素 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2023/5/2350 50机电设备维修
32、技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损 2 2、影响的主要因素、影响的主要因素 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（60-100m 60-100m）压力：磨损速率与压力成正比 压力：磨损速率与压力成正比2023/5/2351 51机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（二）疲劳磨损（二）疲劳磨损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
33、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：滚动接触疲劳磨损 滚动接触疲劳磨损 滑动接触疲劳磨损 滑动接触疲劳磨损2023/5/2352 52机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（二）疲劳磨损（二）疲劳磨损 1 1、机理：、机理：(1)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45方向由表向里扩展。（2）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，该处塑性变形最剧烈，在周期性载荷作用下的反复变形使
34、材料局部弱化，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。(3)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，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。2023/5/2353 53机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2023/5/2354 54机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2.2.影响接触疲劳磨损的主要因素：影响接触疲劳磨损的主要因素：（1）材质（2）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
35、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）（3）其他因素 配合间隙、润滑油粘度、润滑油中的化学添加剂等钢内含有杂质应力集中裂纹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硬度在一定范围内增加，其接触疲劳抗力将随之增大2023/5/2355 55机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（三）粘着磨损（三）粘着磨损 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
36、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，称之为粘着磨损。2023/5/2356 56机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（三）粘着磨损（三）粘着磨损 1 1、机理：是在外力作用下，摩擦接触的表面间材料原子键的形成（显、机理：是在外力作用下，摩擦接触的表面间材料原子键的形成（显微熔接）和分离过程，外力作用下材料原子间的相互作用是主要的。微熔接）和分离过程，外力作用下材料原子间的相互作用是主要的。由于摩擦副之间的真正的接触只发生在微凸体的微观接触面 由于摩擦副之间的真正的接触只
37、发生在微凸体的微观接触面上，所有微观接触面的总和构成的真实接触面积只是名义接触面积的 上，所有微观接触面的总和构成的真实接触面积只是名义接触面积的一个很小部分，因此在真实接触面积内具有很大接触应力。这些应力 一个很小部分，因此在真实接触面积内具有很大接触应力。这些应力由于切向的相对运动还会强化，以致受到负荷作用的微凸体发生弹性 由于切向的相对运动还会强化，以致受到负荷作用的微凸体发生弹性或塑性变形。这样，若表面上的吸附层和反应层遭到破坏，使暴露在 或塑性变形。这样，若表面上的吸附层和反应层遭到破坏，使暴露在表面的原子键联结（强短程表面力的作用）得到加强。当摩擦副发生 表面的原子键联结（强短程表
38、面力的作用）得到加强。当摩擦副发生相对运动时，这种原子键又被撕开，为此所需要的力及能量是粘着摩 相对运动时，这种原子键又被撕开，为此所需要的力及能量是粘着摩擦的起因。磨损的产生则是由于原子键联结并不一定都在原始微观接 擦的起因。磨损的产生则是由于原子键联结并不一定都在原始微观接触处断开，而有可能在摩擦副中较弱方的表面层附近断开，结果使材 触处断开，而有可能在摩擦副中较弱方的表面层附近断开，结果使材料从摩擦副一方到另一方的转移，经常形成松脱的磨屑。料从摩擦副一方到另一方的转移，经常形成松脱的磨屑。粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化，从光学显微镜 粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化，从光学
39、显微镜下可以看到表面擦伤、划伤、材料转移、咬死焊点和疲劳点蚀等磨损 下可以看到表面擦伤、划伤、材料转移、咬死焊点和疲劳点蚀等磨损形态。形态。2023/5/2357 57机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2023/5/2358 58机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2023/5/2359 59机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（三）粘着磨损（三）粘着磨损 2 2、影响的主要因素：、影响的主要因素：摩擦副表面材料成分与组织：互溶性 摩擦副表面材料成分与组织：互溶性 摩擦副表面状态：摩擦副表面状
40、态：吸附膜 吸附膜2023/5/2360 60机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（四）微动磨损（四）微动磨损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。
41、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。2023/5/2361 61机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损 1 1、机理：、机理：在相互压
42、紧的金属表面间由于小振幅振动而产生的一种复合型式的磨 在相互压紧的金属表面间由于小振幅振动而产生的一种复合型式的磨损。摩擦表面间的法向压力使表面上的微凸体粘着。粘合点被小振幅振动剪 损。摩擦表面间的法向压力使表面上的微凸体粘着。粘合点被小振幅振动剪断成为磨屑，磨屑接着被氧化。被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒的作用，断成为磨屑，磨屑接着被氧化。被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒的作用，使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。这些麻点或伤疤是应力集中的根源，因 使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。这些麻点或伤疤是应力集中的根源，因而也是零件受动载失效的根源。根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否 而也是零件受动
43、载失效的根源。根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否发生微动磨损。如被氧化的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则振动时就 发生微动磨损。如被氧化的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则振动时就会引起磨损。有氧化腐蚀现象的微动磨损也称微动磨蚀。在交变应力下的微 会引起磨损。有氧化腐蚀现象的微动磨损也称微动磨蚀。在交变应力下的微动磨损称为微动疲劳磨损。动磨损称为微动疲劳磨损。在有振动的机械中，螺纹联接、花键联接和过盈配合联接等都容易发生 在有振动的机械中，螺纹联接、花键联接和过盈配合联接等都容易发生微动磨损。微动磨损的特点是：在一定范围内磨损率随载荷增加而增加，超 微动磨损。微动磨损的特点是：在一定范围
44、内磨损率随载荷增加而增加，超过某极大值后又逐渐下降；温度升高则磨损加速；抗粘着磨损好的材料抗微 过某极大值后又逐渐下降；温度升高则磨损加速；抗粘着磨损好的材料抗微动磨损也好；零件金属氧化物的硬度与金属硬度之比较大时，容易剥落成为 动磨损也好；零件金属氧化物的硬度与金属硬度之比较大时，容易剥落成为磨粒，增加磨损；若氧化物能牢固地粘附在金属表面，则可减轻磨损；一般 磨粒，增加磨损；若氧化物能牢固地粘附在金属表面，则可减轻磨损；一般湿度增大则磨损下降。在界面间加入非腐蚀性润滑剂或对钢进行表面处理，湿度增大则磨损下降。在界面间加入非腐蚀性润滑剂或对钢进行表面处理，可减小微动磨损。螺纹联接加装聚四氟乙烯
45、垫圈也可减小微动磨损。可减小微动磨损。螺纹联接加装聚四氟乙烯垫圈也可减小微动磨损。2023/5/2362 62机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2023/5/2363 63机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理 2 2、影响的主要因素：、影响的主要因素：载荷 载荷 材质性能2023/5/2364 64机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（五）腐蚀磨损（五）腐蚀磨损 在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电 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
46、致零件表面物质的 化学反应，使腐蚀和磨损共同作用而导致零件表面物质的损失，这种现象称为腐蚀磨损。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、磨料磨损等相结 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。合时才能形成的一种机械化学磨损。2023/5/2365 65机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理第二节 机械零件的磨损（五）腐蚀磨损（五）腐蚀磨损 1 1、机理：、机理：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
47、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，
48、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。2023/5/2366 66机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理 2 2、影响氧化磨损的主要因素：、影响氧化
49、磨损的主要因素：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。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。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 氧化膜紧密、完整无孔，与金属表面结合的牢固，有利于防止氧化。2023/5/2367 67机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理3 3、腐蚀介质来源常有以下方面：、腐蚀介质来源常有以下方面：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）3）工作介质中的添加剂。（极压齿轮油中由于有极压添加
50、剂）1）工作介质。（水泵中的水）4）润滑油在工作中因氧化而形成有机酸。2023/5/2368 68机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理金属的腐蚀在生活中非常普遍n钢铁生锈2023/5/2369 69机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理2023/5/2370 70机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理l铜器生锈 铜器表面生成铜绿2023/5/2371 71机电设备维修技术 机电设备维修技术机电设备故障及零部件失效机理 金属跟周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。本质本质：金属失去电子被氧