第一章 机电设备故障及零部件失效机理

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 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: : 机械零件的磨损机械零件的磨损 金属零件的腐蚀金属零件的腐蚀 机械零件的变形机械零件的变形 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 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

2、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 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 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 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 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：

3、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 2.2.按故障程度分按故障程度分 u局部

4、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 3.3.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

5、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

6、机理 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) )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

7、, ,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 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

8、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 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

9、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 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、

10、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 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：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

11、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、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

12、故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理 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 1.1.可靠度（无故障概率）可靠度（无故障概率

13、） 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(t)R(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 1 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 2.2. 故障概

14、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(t)F(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, , 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 1 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

15、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 dtf(t)F(t) t 0 1)()( 0 dttfF f(t)(t)F 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 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 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

16、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，相对于该瞬时无 故障概率之比。故障概率之比。 )( )( )( tR tf 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 tN tn dtN tdn t tN tn 存 存 存 )()( lim)( )( 0t tN tn t 存 )( )( n MTBF i t 机电设备故障

17、及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理 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 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=200hMTBF=200h 其故障率为其故障率为 (

18、t)=5/(1(t)=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 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 )(t 例：例： 设设t=0时，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=0.03 R(t)=1- F(t)=0.97 =30/(9

19、70365)=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 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 早期故障期故障率曲线早期故障期故障率曲线 O 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 O t 随机故障期故障率曲线随机故障期故障率曲线 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 O t 耗损故障期故障率曲线耗损故障期故障率曲线 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

20、 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 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 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 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 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 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 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 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 38 机电设备故障及零部件失效机理机电设

21、备故障及零部件失效机理 39 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 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 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 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 2021-7-2043 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 2021-7-2044 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 2021-7-2045 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及

22、零部件失效机理 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

23、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 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 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： 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

24、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 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 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理 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

25、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 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效机理 (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

26、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，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

27、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 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 （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

28、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

29、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 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 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 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 机电设

30、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 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 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。 例如在键连接处、轴与孔的过盈配合处、螺栓连

31、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。 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 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 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 材质性

32、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 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 腐蚀磨损可分为腐蚀磨损可分为氧化磨损氧化磨损和

33、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

34、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

35、及零部件失效机理 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。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

36、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 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 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部

37、件失效机理 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 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 金属跟周围接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 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、 S

38、O2SO2）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，在腐蚀层不断脱落又不断生成的过程中，零件便形成腐蚀层，在腐蚀层不断脱落又不断生成的过程中，零件便 被腐蚀。被腐蚀。 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 金属的化学腐蚀受哪些因素的影响？金属的化学腐蚀受哪些因素的影响？ 燃气炉的中心部位燃气炉的中心部位 最容易生锈最容易生锈 罐头放在南极已差不多罐头放在南极已差不多9090 年了，却很少生锈年了，却很少生锈 温度温度 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 做饭用的铁锅日久天长越用越薄

39、, 你知道为什么吗？ 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 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 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应原电池反应， 比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐 蚀。（蚀。（与化学腐蚀不同之处在于腐蚀过程中与化学腐蚀不同之处在于腐蚀过程中有电流产生有电流产生） 电化学腐蚀是造成钢铁电化学腐蚀是造成钢铁 腐蚀的主要原因腐蚀的主要原因 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 H2O+CO2 H2CO3 H

40、+HCO3 在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄 的水膜，水膜又溶解来自大气中的的水膜，水膜又溶解来自大气中的CO2CO2、SO2SO2、H2SH2S， 使水膜中含有一定量的使水膜中含有一定量的H H+ + 。 。 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 电解质溶液与铁和铁中少量的碳构成了原电池 铁是负极，碳是正极，铁是负极，碳是正极，H+ 负极负极Fe - 2e- Fe2+ 正极正极 2H+2e- H2 条件：条件： 酸性环境酸性环境 腐蚀过程中不断腐蚀过程中不断 有氢气放出。有氢气放出。 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障

41、及零部件失效机理 水膜的酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的 氧气。 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 Fe2+2OH=Fe(OH) 2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O=4Fe(OH)3 条件：中性或酸性极弱环境条件：中性或酸性极弱环境 负极：负极： 2Fe-4e- = 2Fe2+ 正极：正极：2H2O+O2+4e- =4OH 铁锈：铁锈：Fe2O3nH2O 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O Fe2O3nH2O 总反应总反应: 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 析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例） 2H+2e- =H2 Fe -

42、2e - = Fe2+ O2+2H2O+4e- =4OH- 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 课堂练习课堂练习 1、如图、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： （1）若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈 性，发生性，发生 腐蚀腐蚀,电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： , 正极：正极： 若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 ， 发生腐蚀，电极反应式为：发生腐蚀，电极反应式为： 负极：负极： 正极：正极： 。 （2） 中性或弱酸中性或弱酸 吸氧吸氧 Fe2e-Fe2+ O2+2H2O+4e-4OH 酸性酸性 析氢

43、析氢 Fe2e-Fe2+ 2H+2e-H2 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 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 注意的是注意的是：化学腐蚀和电化学腐蚀都是化学腐蚀和电化学腐蚀都是 金属原子失去电子金属原子失去电子变成阳离子的过程。变成阳离子的过程。 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 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 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 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 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 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及

44、零部件失效机理 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 形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不 反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。 11牺牲阳极的阴极保护法原理：牺牲阳极的阴极保护法原理： 牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图 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 22外加电流的阴极保护法原理：外加电流的阴极保护法原理： 辅助阳极（不辅助阳极（不 溶性）溶性） 外加电流外加电流的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图 将将被保护金属被保护金属与另一与

45、另一附加电极附加电极作为电解池的两个作为电解池的两个 极，使极，使被保护金属被保护金属作为作为阴阴极，在外加直流电的作用下极，在外加直流电的作用下 使阴极得到保护。使阴极得到保护。 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 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 烤蓝烤蓝 涂机油涂机油 烤漆烤漆 涂凡士林涂凡士林 镀锌镀锌 镀铬镀铬 自行车的金属部件采都用了哪些防护措施自行车的金属部件采都用了哪些防护措施? ? 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 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 机电设备故障及零部件失效机理机电设

46、备故障及零部件失效机理 机械零件或构件在外力的作用下，产生形状或尺寸变化机械零件或构件在外力的作用下，产生形状或尺寸变化 的现象称为变形。的现象称为变形。 变形量随着时间的不断增加，逐渐改变了产品的初始参变形量随着时间的不断增加，逐渐改变了产品的初始参 数，当超过允许极限时，将丧失规定的功能。有的机械零件数，当超过允许极限时，将丧失规定的功能。有的机械零件 因变形引起结合零件出现附加载荷、相互关系失常或加速磨因变形引起结合零件出现附加载荷、相互关系失常或加速磨 损，甚至造成断裂等灾难性后果。因此，对于因变形引起的损，甚至造成断裂等灾难性后果。因此，对于因变形引起的 失效应给予足够重视。失效应给

47、予足够重视。 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 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 （1 1）翘曲变形）翘曲变形当金属零件本身受到某种应力（机械应力、热应力等）当金属零件本身受到某种应力（机械应力、热应力等） 的作用，其实际应力值超过了金属在该状态下的抗拉强度或抗剪强度后，就的作用，其实际应力值超过了金属在该状态下的抗拉强度或抗剪强度后，就 会产生呈翘曲、椭圆和歪扭得塑性变形。会产生呈翘曲、椭圆和歪扭得塑性变形。因此，金属零件产生翘曲变形是它因此，金属零件产生翘曲变形是它 自身受复杂应力综合作用的结果。自身受复杂应力综合作用的结果。常见于细长轴类、

48、薄板状零件以及薄壁的常见于细长轴类、薄板状零件以及薄壁的 环形或套类零件。环形或套类零件。 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 （2 2）体积变形）体积变形金属零件在受热与冷却过程中，由于金相组织转变引起金属零件在受热与冷却过程中，由于金相组织转变引起 质量体积变化，导致金属零件体积胀缩的现象称为体积变形。质量体积变化，导致金属零件体积胀缩的现象称为体积变形。如钢件淬火相如钢件淬火相 变时，奥氏体转变为马氏体或下贝氏体时质量体积增大，体积膨胀，淬火相变时，奥氏体转变为马氏体或下贝氏体时质量体积增大，体积膨胀，淬火相 变后残留奥氏体的质量体积减小，体积收缩。马氏体形成时的体

49、积变化程度，变后残留奥氏体的质量体积减小，体积收缩。马氏体形成时的体积变化程度， 与淬火相变时马氏体中的含碳量有关。钢件中含碳量越多，形成马氏体时的与淬火相变时马氏体中的含碳量有关。钢件中含碳量越多，形成马氏体时的 质量体积变化越大，膨胀量也越大。此外，钢中碳化物不均匀分布往往能够质量体积变化越大，膨胀量也越大。此外，钢中碳化物不均匀分布往往能够 增大变形程度。增大变形程度。 必须指出，由于金相组织转变引起质量体积变化而出现的体积变形，必须指出，由于金相组织转变引起质量体积变化而出现的体积变形， 如果发生在金属零件的局部范围内，则往往是在该区域产生微裂纹的原因。如果发生在金属零件的局部范围内，

50、则往往是在该区域产生微裂纹的原因。 （3 3）时效变形）时效变形钢件热处理后产生不稳定组织，由此引起的内应力是不钢件热处理后产生不稳定组织，由此引起的内应力是不 稳定的应力状态，在常温或零下温度较长时间的放置或使用，不稳定状态的稳定的应力状态，在常温或零下温度较长时间的放置或使用，不稳定状态的 应力会逐渐发生转变，并趋于稳定，由此伴随产生的变形称为时效变形。应力会逐渐发生转变，并趋于稳定，由此伴随产生的变形称为时效变形。 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 变形是不可避免的，我们只能根据它的规律，针对变形产生的原因，变形是不可避免的，我们只能根据它的规律，针对变形产生的原

51、因， 采取相应的对策来减少变形。特别是在机械设备大修时，不能只检查配采取相应的对策来减少变形。特别是在机械设备大修时，不能只检查配 合的磨损情况，对于相互位置精度必须认真检查。合的磨损情况，对于相互位置精度必须认真检查。 （1）设计）设计 不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度和制造、装配、不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度和制造、装配、 使用、拆卸和修理等问题。注意应用新技术、新工艺，减少制造时的内应使用、拆卸和修理等问题。注意应用新技术、新工艺，减少制造时的内应 力和变形。力和变形。 （2）加工）加工 采取一系列工艺措施来防止和减少变形。如对毛坯要进行时采取一系列工艺措施来防止和减

52、少变形。如对毛坯要进行时 效以消除其残余内应力；高精度零件在精加工过程中必须安排人工时效。效以消除其残余内应力；高精度零件在精加工过程中必须安排人工时效。 （3）修理）修理 在修理中，应制定出与变形有关的标准和修理规范；设计在修理中，应制定出与变形有关的标准和修理规范；设计 简单可靠、好用的专业量具和工夹具；尽量减少零件在修理过程中产简单可靠、好用的专业量具和工夹具；尽量减少零件在修理过程中产 生的应力和变形。生的应力和变形。 （4）使用）使用 加强设备的管理，制定并严格执行操作规程，不超负荷加强设备的管理，制定并严格执行操作规程，不超负荷 运行，避免局部超载或过热，加强机械设备的检查和维护。

53、运行，避免局部超载或过热，加强机械设备的检查和维护。 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 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 2021-7-20103 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 2021-7-20104 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 2021-7-20105 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 2021-7-20106 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 1-1-纤维区，纤维区，2-2-放射区，放射区，3-3-剪切唇剪切唇 机电设备故障及零部件失效

54、机理机电设备故障及零部件失效机理 二、脆性断裂二、脆性断裂 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 齿轮轮齿的脆性断裂齿轮轮齿的脆性断裂 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 脆性断裂的模具脆性断裂的模具 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 断裂的活塞环断裂的活塞环 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 螺栓的塑性断裂与脆性断裂的比较螺栓的塑性断裂与脆性断裂的比较 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 脆性断裂中较有代表性的是脆性断裂中较有代表性的是氢脆断裂。氢脆断裂。 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 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 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 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