第二章机械故障诊断的基本原理(徐)1

1、第二章第二章 机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理 本章内容本章内容l 机械故障机理机械故障机理l 机械设备的故障分类机械设备的故障分类l 机械故障诊断分类机械故障诊断分类l 机械故障诊断的内容与基本环节机械故障诊断的内容与基本环节故障机理：引起机械设备故障的故障机理：引起机械设备故障的物理物理、化学变化化学变化等内等内在的原因、规律及其原理。在的原因、规律及其原理。1. 机械故障机理机械故障机理机械故障机理机械故障机理磨损磨损机理机理变形变形机理机理断裂断裂机理机理裂纹裂纹机理机理腐蚀腐蚀机理机理磨损：磨损：两个作两个作相对运动相对运动的机件的机件摩擦摩擦的结果使其表面分子的结果使其

2、表面分子逐渐脱落，使机件原有的尺寸、几何形状以及表面质量逐渐脱落，使机件原有的尺寸、几何形状以及表面质量发生变化，这种现象称为磨损。摩擦随润滑情况的不同发生变化，这种现象称为磨损。摩擦随润滑情况的不同分为五种，即分为五种，即干摩擦干摩擦、液体摩擦液体摩擦、边界摩擦边界摩擦、半液体摩半液体摩擦擦以及以及半干摩擦半干摩擦。磨损过程：磨损过程：跑合跑合阶段、阶段、稳定磨损稳定磨损阶段、阶段、剧烈磨损剧烈磨损阶段阶段1.1 磨损机理磨损机理（4个机理）个机理）3. 磨损机理：磨损机理：（1）粘着磨损粘着磨损定义：定义：接触表面局部发生粘着接触表面局部发生粘着，在，在相对运动相对运动时时粘着处分开粘着处

3、分开，使，使接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面，并经，并经过多次反复而发生破坏的现象。常见于过多次反复而发生破坏的现象。常见于机械性能接近机械性能接近的两的两种材料之间的磨损。种材料之间的磨损。分类：分类：冷粘着冷粘着磨损、磨损、热粘着热粘着磨损、磨损、内部粘着内部粘着磨损磨损粘着磨损粘着磨损（2）磨粒）磨粒磨损磨损定义：定义：接触面之间存在接触面之间存在硬质粒子硬质粒子，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时产生的时产生的类似金属切削过程类似金属切削过程的磨损。的磨损。分类：分类：微量切削微量切削、压痕损伤压痕损伤、疲劳

4、破坏疲劳破坏（3）表面疲劳磨损表面疲劳磨损定义：定义：两接触面作两接触面作滚动摩擦滚动摩擦或或滚动、滑动复合摩擦滚动、滑动复合摩擦时，时，在在交变接触应力交变接触应力的作用下，使的作用下，使材料表面疲劳材料表面疲劳而产生而产生物质物质损失损失的现象。的现象。分类：分类：麻点剥落、浅层剥落、硬化层剥落麻点剥落、浅层剥落、硬化层剥落（4）腐蚀磨损腐蚀磨损定义：定义：在摩擦过程中，金属同时在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学与周围介质发生化学、电电化学反应化学反应，引起金属表面的，引起金属表面的腐蚀产物剥落腐蚀产物剥落的现象。的现象。分类：分类：氧化磨损氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损

5、、微动腐蚀磨损微动腐蚀磨损1.2 变形机理变形机理变形：变形：机件在外力作用下，产生机件在外力作用下，产生形状形状或或尺寸变化尺寸变化的现象称为变形的现象称为变形。分类：分类：弹性变形弹性变形、塑性变形塑性变形（1）弹性变形：）弹性变形：机件受载荷时产生变形，机件受载荷时产生变形，外载卸除后变形消失外载卸除后变形消失；（2）塑性变形：）塑性变形：金属在外力作用下，当金属在外力作用下，当应力超过屈服强度应力超过屈服强度后，就产后，就产生生不可逆变形不可逆变形。变形产生原因：变形产生原因：内应力、外载荷、温度以及内因（空位、位错、扩内应力、外载荷、温度以及内因（空位、位错、扩散、晶粒尺寸）等。散、

6、晶粒尺寸）等。1.断裂：断裂：机件机件分成两个或几个部分分成两个或几个部分的现象，断裂会使的现象，断裂会使机件完机件完全丧失工作能力全丧失工作能力，是，是最危险最危险的故障类型。的故障类型。2.分类：分类：疲劳断裂疲劳断裂、静载断裂静载断裂、环境断裂环境断裂（1）疲劳断裂）疲劳断裂 1.3 断裂机理断裂机理定义：定义：机件的机件的工作应力低于材料的屈服极限工作应力低于材料的屈服极限，在，在重复重复以及以及交交变载荷变载荷的的长期作用长期作用下，发生断裂的现象。常见于轴、齿轮、下，发生断裂的现象。常见于轴、齿轮、弹簧等。弹簧等。（2）静载断裂）静载断裂 定义：定义：机件在机件在静载荷静载荷（如一

7、次冲击或恒定的载荷）作用下发（如一次冲击或恒定的载荷）作用下发生断裂的现象。静载断裂是当生断裂的现象。静载断裂是当静载荷增大到超过材料的相应静载荷增大到超过材料的相应抗力抗力时，会在机件的时，会在机件的危险截面危险截面中发生材料从有限的几何表面中发生材料从有限的几何表面断开的现象。断开的现象。（3）环境断裂）环境断裂 定义：定义：在在腐蚀环境腐蚀环境中，中，材料表面材料表面或或裂纹前沿裂纹前沿由于由于氧化氧化、腐蚀腐蚀或其它过程使或其它过程使断裂表面能断裂表面能和材料的和材料的强度强度下降下降，因而使机件发，因而使机件发生断裂。包括生断裂。包括应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂、氢脆断裂氢脆断裂、高温蠕

8、变断裂高温蠕变断裂、腐腐蚀疲劳断裂蚀疲劳断裂以及以及冷脆断裂冷脆断裂。1.4 裂纹机理裂纹机理1. 裂纹：裂纹：金属的金属的局部断裂局部断裂称裂纹。断裂的发展过程可归纳为称裂纹。断裂的发展过程可归纳为裂纹的裂纹的产生产生、裂纹的、裂纹的扩展扩展以及以及最终断裂最终断裂三个阶段。因此，断三个阶段。因此，断裂是无可挽救的故障，裂纹属于可以挽救的故障。然而，裂是无可挽救的故障，裂纹属于可以挽救的故障。然而，裂裂纹直接破坏机件的连续性纹直接破坏机件的连续性，且易，且易引起应力集中引起应力集中从而加速裂纹从而加速裂纹的扩展，所以裂纹也是危险性很大的一种故障模式。的扩展，所以裂纹也是危险性很大的一种故障模

9、式。2. 分类：分类：工艺裂纹工艺裂纹、使用裂纹使用裂纹1.5 腐蚀机理腐蚀机理包括包括化学腐蚀机理化学腐蚀机理与与电化学腐蚀机理电化学腐蚀机理。（1）化学腐蚀机理：）化学腐蚀机理：单纯由单纯由化学作用化学作用而引起的腐蚀叫化而引起的腐蚀叫化学腐蚀学腐蚀（2）电化学腐蚀机理：）电化学腐蚀机理：当金属接触当金属接触电解质溶液电解质溶液时，其腐时，其腐蚀过程为蚀过程为电化学过程电化学过程，这种腐蚀过程称为电化学腐蚀，即，这种腐蚀过程称为电化学腐蚀，即在化学反应过程中产生了电流作用在化学反应过程中产生了电流作用。2. 机械设备的故障分类机械设备的故障分类机械故障主要有以下几种分类方法：机械故障主要有

10、以下几种分类方法：（1）按故障发生的原因分）按故障发生的原因分先天性故障：先天性故障：由于由于设计设计或或制造不当制造不当而造成机械系统中存在某而造成机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障些薄弱环节而引发的故障磨损性故障：磨损性故障：指机械系统因指机械系统因使用过程使用过程中的中的正常磨损正常磨损而引发的而引发的一类故障，对这类故障形式，一般只进行寿命预测。一类故障，对这类故障形式，一般只进行寿命预测。错用性故障：错用性故障：因因使用不当使用不当而引发的故障。而引发的故障。（2 2）按故障形成速度分）按故障形成速度分突发性故障：突发性故障：由设备由设备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导致的而导致的无明显征兆无明显征兆的的迅速发生迅速发生的故障，不可监测。的故障，不可监测。渐发性故障：渐发性故障：由各种由各种老化原因老化原因导致故障，有一个导致故障，有一