机械故障的形成及其特性分析.doc

机械故障的形成及其特性分析原作者:标签:作者添加时间:2007-07-03原文发表:2007-07-03人气:251l 机械使用与技术状态的变化机械在使用中受到各种能量的作用，这些能量的作用主要包括：（1）周围介质能量的作用，包括执行任务的操作人员、修理人员和环境条件的作用；（2）与机械运转以及各机构工作有关的内部能源，如各种载荷、振动、温度等；（3）在制造和装配中集聚在机械材料和零部件内的潜伏能量（铸件的内应力和装配内应力）。这些能量主要以机械能、热能、化学能的形式存在，当能量达到一定数值时，将导致有害过程的出现，引起机械零部件初始性能和状态的变化，如当配合副以一定的动力和速度运动时，相互将产生有害的摩擦过程，摩擦的结果将导致配合副出现磨损，使配合副的运动等发生变化。可见随着有害过程的发展，首先将使零部件出现损伤，具体表现为磨损、变形、裂纹、疲劳、腐蚀等，损伤的出现使机械零部件的结构参数发生变化，如尺寸公差、形位公差、配合间隙等的改变。结构参数的变化又导致了机械功能输出参数发生变化，如机械的输出功率、速度等的改变。随着损伤程度的进一步扩大，机械零部件的结构参数逐渐超出允许值。若机械零部件的结构参数超出允许值，而功能输出参数并未超出允许极限范围，则认为机械出现了潜在故障，对应状态为失常状态，此时应通过维护进行消除；若结构参数超限后，功能输出参数也超出允许值，则认为机械发生了功能故障，对应状态为故障状态，此时应通过修理排除相应的故障。若机械经过长时间使用后，其主要零部件的结构参数都达到极限值，且系统功能输出参数严重超限，使用的经济性明显下降，此时机械处于极限技术状态，需要进行大修或更新。机械技术状态的特征如表1所示，技术状态的变化过程如图1所示。表1 技术状态特征机械技术状态结构参数功能参数技术措施备注完好状态正常范围正常范围 正常运行 失常状态超出允许值正常范围维护保养 潜在故障故障状态超出允许值超出允许值修理 功能故障 极限状态超出极限值超出允许值大修或更新经济性变差2 机械故障形成的一般过程如上所述，机械在使用中受到各种有害作用后，将首先导致零部件出现损伤，损伤又影响机械的输出参数，使其发生变化。若机械输出参数随时间变化的规律用X（t）表示，损伤程度随时间的变化用U(t）表示，则X（t）与U（t）之间的变化既可能是一致的，也可能有很大区别。因为其间存在着反映机械产品结构、用途和作用原理的Xf（U（t)的过渡关系。此外，损伤同产品材料中发生的物理现象有关，而输出参数变化仅仅反映了产品自身的宏观变化过程。机械经过一个随机的工作时间间隔后，其参数达到极限允许值 Xmax，发生了故障，图 2表示了分布律f（t）形成的主要过程。开始时，输出参数f（a）相对其数学期望值a0有一离散程度，该离散程度与机械初始指标的离散度以及使用条件的变化程度有关。然后，在使用过程中，随着使用时间的增长，机械输出参数的劣化就表现为缓慢进行的过程，例如磨损等，这正是零件磨损导致机械性能改变的典型过程。在一般情况下，可能经过某段时间T间隔后，参数的变化就开始了，时间 T间隔是一个与损伤的积累（如疲劳）或外因作用有关的随机量，它也具有一定的离散性。参数X的变化过程同样也是随机的，它与机械各个零部件的损伤变化有关，机械输出参数的劣化速度Vx为各零部件磨损速度 V1， V2， Vk的函数，即Vx dx/dt f（V1， V2， Vk）3 机械故障的特性分析机械故障是与磨损、腐蚀、疲劳、老化等机理分不开的，根据机械故障形成的一般过程，机械故障主要有以下一些特性：（l）潜在性。机械在使用中会出现各种损伤，损伤引起零部件结构参数发生变化，当损伤发展到使零部件结构参数超出允许值时，机械即出现潜在故障。由于机械设计存在一定的裕度（安全系数），因此即使某些零部件的结构参数超出允许值后，机械的功能输出参数仍在允许的范围内，也即机械并未发生功能故障。从潜在故障发展到功能故障一般具有较长的一段时间，因为通过润滑、清洁、紧固、调整等手段，可以消除或减缓损伤的发展，使潜在故障得到一定程度的控制甚至消除。机械故障的潜在性可通过维护保养来减少功能故障的发生，从而大大延长了机械的使用寿命。 机械故障的形成及其特性分析(2)原作者:标签:作者添加时间:2007-07-03原文发表:2007-07-03人气:253（2）渐发性。由于磨损、腐蚀、疲劳、老化等过程的发生与时间关系密切，因此机械故障的发生多半与时间有关。在使用中，机械的损伤是逐步产生的，零部件的结构参数也是缓慢变化的，机械的性gg数也是逐渐恶化的。绝大多数故障可能事先通过仪器进行测试和监控，故障发生的概率与机械运转的时间有关，机械使用时间越长，发生故障的概率就越大。故障的渐发性使机械的多数故障可以预防，故障诊断、视情维修就是建立在这一基础上的。（3）耗损性。机械磨损、腐蚀、疲劳、老化等过程伴随着能量与质量的变化，其过程是不可逆转的。表现为机械老化程度逐步加剧，故障越来越多。随着使用时间的增加，局部故障的排除虽然能恢复机械的性能，但机械的故障率仍不断上升，新的故障将不断出现。同时损伤的消除也是不完全性的，维修不可能使机械的性能恢复到使用前的状态。机械故障的耗损性决定了机械维修级别与深度的差异，同时机械故障分布模型也不能简单用指数分布来描述。(4）模糊性。机械使用中，由于受到各种使用及环境条件的影响，其损伤与输出参数的变化都具有一定的随机性与分散性，同时，由于材料与制造等因素的影响，机械的各种极限值、初始值也具有不同的分布，同一机械，在不同的使用环境下，输出参数随时间也具有不同的分布，从而导致参数变化及故障判别标准都具有一定的分散性，使机械故障的发生与判别标准都具有一定的模糊性。机械故障的模糊性给机械故障的诊断与判别增加了一定的难度，也要求机械故障的研究必须宏观与微观相结合。（5）多样性。机械使用中，由于磨损、腐蚀、疲劳