第1章 机械零件失效理论.

1、第一章第一章 机械零件失效理论机械零件失效理论n1.1 1.1 机械故障原因机械故障原因n1.2 1.2 机械的可靠性机械的可靠性n1.3 1.3 机械的维修性机械的维修性n1.4 1.4 机械零件磨损失效机械零件磨损失效n1.5 1.5 机械零件其它失效形式机械零件其它失效形式1.1 机械故障原因机械故障原因n1.1.1 故障定义故障定义n1.1.2 故障分类故障分类n1.1.3 故障原因故障原因1.1.1故障定义故障定义n根据国家标准（根据国家标准（GB3187-82）的定义：）的定义：“失效是产品丧失规定的功能。对可修复失效是产品丧失规定的功能。对可修复产品通常也称故障。产品通常也称故障

2、。” n故障实质故障实质是一种不合格状态，是对其原始是一种不合格状态，是对其原始状态的任何一种可识别的偏离，而这种偏状态的任何一种可识别的偏离，而这种偏离对特定的使用者来说是不合格的。离对特定的使用者来说是不合格的。1.1.2 故障分类故障分类n1 按故障形成时间规律分类按故障形成时间规律分类n2 按故障因果关系分类按故障因果关系分类n3 按故障后果分类按故障后果分类1 1 按故障形成的时间规律分类按故障形成的时间规律分类n1)1)渐发性故障渐发性故障 n 渐发性故障是由于某些损伤过程的发展，导渐发性故障是由于某些损伤过程的发展，导致机械设备初始参数的劣化而造成，故亦称致机械设备初始参数的劣化

3、而造成，故亦称磨损故障。磨损故障。n2)2)突发性故障突发性故障 n突发性故障的产生是各种不利因素和偶然的突发性故障的产生是各种不利因素和偶然的外界影响共同作用的结果。外界影响共同作用的结果。 2 按故障的因果关系分类按故障的因果关系分类 n功能故障功能故障 n 功能故障是指一个产品不能满足规定性能标准的现象。功能故障是指一个产品不能满足规定性能标准的现象。 n潜在故障潜在故障 n功能故障一经定义，则某种能指示功能故障即将发生的功能故障一经定义，则某种能指示功能故障即将发生的实际状态往往就能鉴别出来。而这种可以被鉴别的状态实际状态往往就能鉴别出来。而这种可以被鉴别的状态即为潜在故障。即为潜在故

4、障。n 因此，潜在故障是一种指示功能故障即将发生的可因此，潜在故障是一种指示功能故障即将发生的可以鉴别的实际状态。以鉴别的实际状态。 3 3 按故障影响后果分类按故障影响后果分类n汽车制造部门将故障分为汽车制造部门将故障分为：n致命故障致命故障n严重故障严重故障n一般故障一般故障n轻微故障轻微故障1.1.3 故障原因故障原因n机器故障的物理成因，可以归咎于机器故障的物理成因，可以归咎于结构因素结构因素的破坏，进而溯源于作用在这些结构上的的破坏，进而溯源于作用在这些结构上的能能量因素量因素。n机械结构因素机械结构因素n 1. 连接件配合性质的破坏连接件配合性质的破坏n 2. 零件间相互位置关系的

5、破坏零件间相互位置关系的破坏n 3. 机构工作协调性的破坏机构工作协调性的破坏n能量因素能量因素 1.2 机械的可靠性机械的可靠性n1.2.1 机械产品可靠性定义机械产品可靠性定义n1.2.2 机械可靠性数量指标机械可靠性数量指标n1.2.1 可靠性定义可靠性定义n机械产品的可靠性是指某产品在机械产品的可靠性是指某产品在规定的条规定的条件下件下，在，在规定的时间规定的时间内，无故障地完成其内，无故障地完成其规定功能规定功能的能力的能力。n产品的可靠性指标产品的可靠性指标:产品随时间变化而保产品随时间变化而保持自身工作能力的性能。持自身工作能力的性能。n它包括了产品的它包括了产品的无故障性无故障

6、性和和耐久性耐久性问题。问题。n可靠性涉及到机械的可靠性涉及到机械的研制、设计，制造、研制、设计，制造、试验、使用和维修试验、使用和维修等各个环节。等各个环节。n每个环节都为达到所要求的可靠性目标而每个环节都为达到所要求的可靠性目标而努力，而且在这些环节的往复循环过程中，努力，而且在这些环节的往复循环过程中，又使产品的可靠性得到不断改进。又使产品的可靠性得到不断改进。 1.机械产品机械产品n根据所研究的对象不同，机械产品可根据所研究的对象不同，机械产品可以是以是单个零件、部件、整台机械或机单个零件、部件、整台机械或机械系统械系统。n当所研究的产品是一个当所研究的产品是一个复杂的机械系复杂的机械

7、系统统时，则应包括人的判断及操作等因时，则应包括人的判断及操作等因素在内素在内. .规定条件规定条件n除了规定除了规定载荷、温度、湿度、压力载荷、温度、湿度、压力及及介质介质等环境条件外，对使用方法和维等环境条件外，对使用方法和维护方法也必须加以规定护方法也必须加以规定. . 规定时间规定时间n是指所研究的产品应达到的是指所研究的产品应达到的工作期限工作期限。可以可以用时间表示，也可以用相当于时间的指标来用时间表示，也可以用相当于时间的指标来表示，如表示，如运转次数、运行距离、和应力循环运转次数、运行距离、和应力循环次数次数等等。另外，还包括。另外，还包括连续使用、间歇使用、连续使用、间歇使用

8、、长时间作用或短时间作用长时间作用或短时间作用等各种时间概念的等各种时间概念的规定规定.规定功能规定功能n是指产品的是指产品的性能指标性能指标，如产品质量、生，如产品质量、生产效率、工作精度、载重量及功率等。产效率、工作精度、载重量及功率等。当这些指标随时间的变化超过规定极限当这些指标随时间的变化超过规定极限值时，机械将发生故障。因此，除了对值时，机械将发生故障。因此，除了对衡量功能的指标作规定外，对产品可能衡量功能的指标作规定外，对产品可能发生的各种故障形式及故障判别原则都发生的各种故障形式及故障判别原则都应有明确的规定。应有明确的规定。能力尺度能力尺度n在规定条件下和规定时间内，产品完成规

9、定功在规定条件下和规定时间内，产品完成规定功能的能力有大有小。有可能出现故障，有可能能的能力有大有小。有可能出现故障，有可能不出现故障，这是不出现故障，这是“随机事件随机事件”。因此，衡量。因此，衡量这种能力的尺度即是这种能力的尺度即是“概率概率”。1.2.2 机械可靠性数量指标机械可靠性数量指标n1.可靠度可靠度n2.故障概率故障概率n3.故障概率密度函数故障概率密度函数n4. 故障率故障率n5.平均寿命平均寿命n6.寿命方差寿命方差n7.可靠寿命可靠寿命n8.中位寿命中位寿命n9.特征寿命特征寿命可靠性强度指标可靠性强度指标可靠性寿命指标可靠性寿命指标可靠可靠度度 R(t)n所谓可靠度就是

10、产品在所谓可靠度就是产品在规定条件规定条件下下, , 在在规定时间规定时间内内, , 无故障地完成其无故障地完成其规规定功能定功能的的概率概率, ,用用R(tR(t) )表示。图表示。图1-11-1为可靠度曲线。为可靠度曲线。2. 2.故障概率故障概率 F(tF(t) )n相对于可靠度相对于可靠度，即不发生故障的即不发生故障的概率而言概率而言，那么那么，发生故障的概率就发生故障的概率就称之为不可靠度称之为不可靠度。又称又称故障概率故障概率，用用F F（t t）表示。图表示。图1-21-2为故障概率曲线。为故障概率曲线。 1)()(tFtR)(1)(tFtR 图2-1图2-2 可靠度曲线可靠度曲

11、线 故障概率曲线故障概率曲线3. 故障故障概概率密度函数率密度函数 f(t)n为了描述产品故障分为了描述产品故障分布曲线布曲线，经常要用到经常要用到故障概率密度函数故障概率密度函数的的概念。通常是把故障概念。通常是把故障概率概率 F(t)的导数称为的导数称为该故障概率的概率密该故障概率的概率密度函数度函数f(t)，即即:)()()(tFdttdFtfttdttfdttftFtR)()(1)(1)(0故障概率密度函数曲线故障概率密度函数曲线R（t）、）、 F（t ）、）、f（t）三者关系）三者关系故障率故障率n在实践中在实践中，产品使用者所关心的是正常工作的产产品使用者所关心的是正常工作的产品到

12、品到t t时间后的单位时间内时间后的单位时间内，有多少百分比的产品有多少百分比的产品会发生故障。因而也常用故障率这个概念来表征会发生故障。因而也常用故障率这个概念来表征产品发生故障的程度产品发生故障的程度。n把产品在把产品在t t时刻时刻后的单位时间内发生故障的产品数后的单位时间内发生故障的产品数, ,相对于相对于t t时刻时刻还在工作的产品数的百分比值称为产还在工作的产品数的百分比值称为产品在该时刻的品在该时刻的瞬时故障率瞬时故障率, ,习惯上称为习惯上称为故障率故障率(t(t) )，又称，又称失效率失效率。)(tn假定假定N N 个产品的可靠度为个产品的可靠度为 R(tR(t) )，那么产

13、品那么产品在在t t时刻到时刻到t+t+t时刻的故障产品数为时刻的故障产品数为: :n由于在由于在t时刻正常工作的产品数为：时刻正常工作的产品数为：)()()(1)()(lim)(1)()(lim)(lim)(000tRtftRttFttFtRtttRtRtttttttNRtttRtRNt)()()()()()(ttNRtNR则：则：)(tNR5.5.平均寿命平均寿命n在产品的寿命指标中在产品的寿命指标中, ,最常用的是平均寿命。平均最常用的是平均寿命。平均寿命是产品寿命的平均值，是指一批产品从开始寿命是产品寿命的平均值，是指一批产品从开始使用到发生故障的平均工作时间，即：使用到发生故障的平均

14、工作时间，即：一批产品的总数一批产品的总工作时间0T00)()(dttRtET故障前平均工作时间故障前平均工作时间MTTFn对于发生故障后不能修复的产品对于发生故障后不能修复的产品，由开始由开始使用到发生故障的连续工作时间使用到发生故障的连续工作时间，称故障称故障前平前平 均工作时间均工作时间。0)()(dtttftEMTTF平均故障间隔时间平均故障间隔时间MTBFn对于发生了故障对于发生了故障，经修理或更换零件后仍经修理或更换零件后仍能继续工作的可修复的产品能继续工作的可修复的产品，它在两次相它在两次相邻故邻故 障障间的平均工作时间间的平均工作时间，称平均故障间称平均故障间隔时间隔时间，常以

15、常以（Mean Time Between Failure）表表 示。示。0)()(dtttftEMTBF其它四个寿命指标其它四个寿命指标n6.寿命方差寿命方差n7.可靠寿命可靠寿命n8.中位寿命中位寿命n9.特征寿命特征寿命dttfTttD)()()(202)(1 RT)(tR5 . 0)(tR5 . 0T)(tDT1eT368. 0)(1etR1.3 机械的维修性机械的维修性n维修性维修性就是表示可修复产品在维修时难易程度就是表示可修复产品在维修时难易程度的特性。的特性。n它是产品设计时赋予产品本身的直接影响维修它是产品设计时赋予产品本身的直接影响维修工作的一种工作的一种固有属性固有属性，它

16、综合反映了维修所需，它综合反映了维修所需工作量的大小、人员多少、费用高低、设备仪工作量的大小、人员多少、费用高低、设备仪器先进程度等方面。器先进程度等方面。 1.3.1 维修性与可靠性关系维修性与可靠性关系n可靠性反映产品是否可靠性反映产品是否经久耐用经久耐用，n维修性则表明产品发生故障后是否维修性则表明产品发生故障后是否易于诊断和易于诊断和修复。修复。n提高可靠性就是要延长产品的提高可靠性就是要延长产品的正常工作时间，正常工作时间，n提高维修性就是要缩短产品的提高维修性就是要缩短产品的停修（非工作）停修（非工作）时间。时间。 n在在可靠性可靠性设计中，产品的可靠性是着眼于设计中，产品的可靠性

17、是着眼于减少故障减少故障和和减轻故障后果减轻故障后果的设计特性；的设计特性；n产品的产品的维修性维修性则是着眼于以最短的时间、则是着眼于以最短的时间、最低限度的条件、最低的维修费用，使机最低限度的条件、最低的维修费用，使机械产品保持或迅速恢复到正常工作状态的械产品保持或迅速恢复到正常工作状态的另一种设计特性。通常，这两者之间求得另一种设计特性。通常，这两者之间求得平衡的最理想方法是从经济观点来确定最平衡的最理想方法是从经济观点来确定最佳的产品可靠度佳的产品可靠度.费用维修费总费用制造费可靠性图1-4 可靠性与维修性关系1.3.2 维修性的定性要求维修性的定性要求n1.具有良好的维修可达性。具有

18、良好的维修可达性。n2.高标准化和互换性程度。高标准化和互换性程度。 n3.具有完善的防差错措施及识别标记。具有完善的防差错措施及识别标记。 n4.保证维修安全。保证维修安全。 n5.重视贵重件的可修复性。重视贵重件的可修复性。 n6.检测故障准确、快速、简便。检测故障准确、快速、简便。 n7.符合维修中的人机符合维修中的人机( 或人或人因因)工程要求。工程要求。 1.3.3 维修性的定量要求维修性的定量要求n维修性的定量要求主要有维修性的定量要求主要有: :n维修延续时间指标维修延续时间指标n维修工时指标维修工时指标n维修频率指标维修频率指标n维修费用指标维修费用指标1. 维修度维修度n维修

19、度维修度:n是指可修复产品是指可修复产品在规定条件下，在规定条件下，在规定时间内完在规定时间内完成维修的概率，成维修的概率，以以M(t)表示。表示。图图1-5 维修度曲线维修度曲线12. 维修概率密度维修概率密度n将维修度将维修度M(t)对时间微分，即可得到每对时间微分，即可得到每一瞬间完成维修的相对增长率，称维修一瞬间完成维修的相对增长率，称维修概率密度函数。即：概率密度函数。即：dttdMtm)()(3修复率修复率n修复率修复率是维修工作到了是维修工作到了时刻时刻t t后后, , 在单位时在单位时间内修复的产品数与在间内修复的产品数与在t t时刻时刻仍需修理的仍需修理的产品数之比。产品数之

20、比。 )(t)(1)()()()(tMtmtMNNtmNt4.平均修复时间平均修复时间n对产品进行维修活动的时间总和与维修活动对产品进行维修活动的时间总和与维修活动次数之比，称平均修复时间，用次数之比，称平均修复时间，用 表示。表示。n根据概率论中求数学平均值的定义：根据概率论中求数学平均值的定义： M0)(dtttmMn在维修技术中，在维修技术中， 也用也用 （Mean time to repair）来表示）来表示。n维修性的定量指标中还有：维修性的定量指标中还有：n维修延续时间指标、最大修复时间、平均预维修延续时间指标、最大修复时间、平均预防维修时间、平均维修时间及维修工时指标、防维修时间

21、、平均维修时间及维修工时指标、维修周期指标、维修费用指标等。维修周期指标、维修费用指标等。MMTTRMTTR1.3.4 机械的机械的有效度有效度n有效度有效度又称又称可用度可用度, , 是指设备在是指设备在任一时刻任一时刻能维持能维持其功能的概率。它表示不论什么时候其功能的概率。它表示不论什么时候, , 想要使用想要使用设备时设备时, , 设备处于可以使用状态的程度。设备处于可以使用状态的程度。 n有效度有效度的大小决定于可靠度和维修度。的大小决定于可靠度和维修度。可靠性可靠性是从延长其是从延长其正常工作时间来提高有效度正常工作时间来提高有效度, , 而而维修性维修性则从缩短维修停机则从缩短维

22、修停机时间来提高有效度。对于不可修产品时间来提高有效度。对于不可修产品, ,有效度有效度 A(tA(t) )等于其等于其可靠度可靠度 R(tR(t) )。)()(1)(),(MtRtRtAn如设备的有效度如设备的有效度 A(450)=0.90A(450)=0.90, , 表示的是表示的是100100台设备在规定的时间台设备在规定的时间450h450h时时, , 有有9090台设备处于台设备处于正常运转状态正常运转状态( (即完好即完好), ), 不管设备是否出过故不管设备是否出过故障障, , 什么时间出过故障什么时间出过故障, , 是否经过维修是否经过维修。 n可靠度可靠度R(450)=0.9

23、0,R(450)=0.90, 则表示要求则表示要求100100台设备台设备, , 有有9090台能无故障的工作台能无故障的工作450h 450h n在使用有效度指标时在使用有效度指标时, , 所关心的并不是所关心的并不是某个时刻某个时刻的有效度的有效度, , 而是而是某一时间间隔某一时间间隔的有效度。的有效度。n有效度通常用有效度通常用固有有效度固有有效度 ，可达有效可达有效度度 AaAa, , 使用有效度使用有效度AoAo等参数度量等参数度量。 IA1.固有有效度固有有效度nMTBF 无故障工作时间无故障工作时间nMTTR ， 平均修复时间平均修复时间ctIMMTBFMTBFMTTRMTBF

24、MTBFAIActM2. 可达有效度可达有效度ptaMMTTRMTBFMTBFAptM平均预防维修时间平均预防维修时间 3.工作有效度工作有效度MDTMTBFMTBFAo MDT维修停机时间维修停机时间 ctMptM 除包括除包括 、 时时间外间外, 还包括后勤保证延还包括后勤保证延误时间和行政误时间和行政 管理延误时间。管理延误时间。 可以看出可以看出，工作有效度不仅受设计、维修制工作有效度不仅受设计、维修制度的影响度的影响, 而且与维修企业的生产管理水平等有而且与维修企业的生产管理水平等有关。关。1.4 机械零件磨损失效机械零件磨损失效n1.4.1 摩擦与磨损摩擦与磨损n1.4.2 磨料磨

25、损磨料磨损n1.4.3 粘着磨损粘着磨损n1.4.4 疲劳磨损疲劳磨损n1.4.5 腐蚀磨损腐蚀磨损n1.4.6 微动磨损微动磨损据统计:n世界钢产量的世界钢产量的1/101/10由于由于腐蚀腐蚀而损失；而损失；n机电产品提前失效原因的机电产品提前失效原因的70%70%属于属于腐蚀腐蚀和和磨损磨损；n机电产品制造和使用中大约机电产品制造和使用中大约1/31/3的能源直接消耗的能源直接消耗于于摩擦磨损摩擦磨损。机械零件故障形式机械零件故障形式 零件缺陷形式 磨 损 疲劳及断裂 变 形 腐 蚀 其 它 磨料磨 损 抓粘 磨 损 疲劳磨 损 微动磨 损 腐蚀磨 损 1.4.1 摩擦与磨损摩擦与磨损n

26、摩擦学是有关摩擦学是有关摩擦摩擦、磨损磨损与与润滑润滑学科的总称。学科的总称。它是研究在摩擦与磨损过程中两个相对运动表它是研究在摩擦与磨损过程中两个相对运动表面之间相互作用、变化及有关理论与实践的学面之间相互作用、变化及有关理论与实践的学科。科。n摩擦摩擦引起能量转换引起能量转换n磨损磨损导致表面损坏和材料损耗导致表面损坏和材料损耗n润滑润滑降低摩擦减少磨损的有效措施降低摩擦减少磨损的有效措施n据统计，全世界大约有据统计，全世界大约有1/21/21/31/3的能源的能源以各种以各种形式消耗在摩擦上。形式消耗在摩擦上。n1 .1 .摩擦的基本特征摩擦的基本特征n相接触的物体有相接触的物体有相对运

27、动相对运动或有或有相对运动相对运动趋势趋势时所表现出阻力的现象称时所表现出阻力的现象称摩擦摩擦，摩，摩擦时所表现出阻力的大小叫做擦时所表现出阻力的大小叫做摩擦力摩擦力。n摩擦摩擦与与磨损磨损总是相伴发生的，而摩擦的总是相伴发生的，而摩擦的特性与磨损的程度密切相关。特性与磨损的程度密切相关。 2.摩擦的分类摩擦的分类n按摩擦副间的润滑状态按摩擦副间的润滑状态n可将摩擦分为可将摩擦分为5类类:n干摩擦干摩擦n半干摩擦半干摩擦n边界摩擦边界摩擦n半液体摩擦半液体摩擦n液体摩擦液体摩擦n干摩擦干摩擦（无润滑摩擦）（无润滑摩擦）摩擦副表面间摩擦副表面间完全没完全没有润滑介质有润滑介质或其它杂质存在时所表

28、现出的摩或其它杂质存在时所表现出的摩擦为干摩擦。擦为干摩擦。n边界摩擦边界摩擦 摩擦副两表面间只有一层很薄摩擦副两表面间只有一层很薄（0.1 以下）的连续油膜存在时所产生的以下）的连续油膜存在时所产生的摩擦。摩擦。（滚动轴承、汽缸活塞、凸轮挺杆滚动轴承、汽缸活塞、凸轮挺杆）n半干摩擦半干摩擦 摩擦副两表面间部分被很薄的油摩擦副两表面间部分被很薄的油膜分开，部分直接接触，这种介于干摩擦和膜分开，部分直接接触，这种介于干摩擦和边界摩擦之间的一种摩擦方式。边界摩擦之间的一种摩擦方式。mn液体摩擦液体摩擦 摩擦副两表面间完全被润滑介质隔摩擦副两表面间完全被润滑介质隔开，彼此之间不发生接触的摩擦。开，彼

29、此之间不发生接触的摩擦。（摩擦系数仅为（摩擦系数仅为边界摩擦的千分之几）边界摩擦的千分之几）n半液体摩擦半液体摩擦 摩擦副之间一部分被润滑介质所摩擦副之间一部分被润滑介质所隔开，另一部分被薄薄的油膜隔开，而所受载隔开，另一部分被薄薄的油膜隔开，而所受载荷的一部分由油层承担，另一部分由接触的表荷的一部分由油层承担，另一部分由接触的表面所承担，这种介于液体摩擦与边界摩擦之间面所承担，这种介于液体摩擦与边界摩擦之间的一种摩擦形式称为半液体摩擦。的一种摩擦形式称为半液体摩擦。 1.4.2 磨料磨损磨料磨损 零件缺陷形式 磨 损 疲劳及断裂 变 形 腐 蚀 其 它 磨料磨 损 抓粘 磨 损 疲劳磨 损

30、微动磨 损 腐蚀磨 损 7050n由于摩擦副的一个表面硬的凸起部分和另由于摩擦副的一个表面硬的凸起部分和另一表面接触，或者两摩擦面间存在着硬的一表面接触，或者两摩擦面间存在着硬的质点，在发生相对运动时，两个表面中的质点，在发生相对运动时，两个表面中的一个表面或两个表面的一个表面或两个表面的材料发生转移的磨材料发生转移的磨损现象损现象称为称为磨料磨损磨料磨损。n分三类：分三类：n凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式n农业机械、矿山机械、建筑机械、工程机农业机械、矿山机械、建筑机械、工程机械设备的主要破坏形式械设备的主要破坏形式 。2 影响磨料磨损的主要因素影响磨料

31、磨损的主要因素n 1.磨料粒度对磨损量的影响磨料粒度对磨损量的影响 n 2.磨料的几何性质对磨损量的影响磨料的几何性质对磨损量的影响 n 3.磨料硬度对磨损量的影响磨料硬度对磨损量的影响 n 4.4.压力对磨损的影响压力对磨损的影响 3 减轻磨料磨损的措施减轻磨料磨损的措施 n 1.减少磨料的进入：减少磨料的进入：空滤、油滤空滤、油滤n 2.增强零件的抗磨性：增强零件的抗磨性：热处理、表面工程热处理、表面工程 1.4.3 粘着磨损粘着磨损n构成摩擦副的两个摩擦面，在相对运动时，由于构成摩擦副的两个摩擦面，在相对运动时，由于粘着粘着作用作用使一个表面上的使一个表面上的材料转移材料转移到另一个表面

32、上所引起到另一个表面上所引起的磨损称为的磨损称为粘着磨损粘着磨损。1 粘着磨损机理粘着磨损机理 摩擦副在重载条件下工作，由于润滑不良、相对运摩擦副在重载条件下工作，由于润滑不良、相对运动速度高、摩擦产生的热量来不及散掉。摩擦副表面动速度高、摩擦产生的热量来不及散掉。摩擦副表面产生极高的温度，材料表面强度降低，使承受高压的产生极高的温度，材料表面强度降低，使承受高压的表面凸起部分相互粘着，继而在相对运动中被撕裂下表面凸起部分相互粘着，继而在相对运动中被撕裂下来，使材料从强度低的表面上转移到材料强度高的表来，使材料从强度低的表面上转移到材料强度高的表面上，造成摩擦副的灾难性破坏，如咬死或划伤。面上

33、，造成摩擦副的灾难性破坏，如咬死或划伤。2 影响粘着磨损的主要因素影响粘着磨损的主要因素 n不适宜的工作规范（不适宜的工作规范（滑动速度、负荷、油温滑动速度、负荷、油温）n摩擦副摩擦副表面状态表面状态对磨损量的影响（对磨损量的影响（吸附膜、粗糙度吸附膜、粗糙度）n摩擦副材料表面摩擦副材料表面成分与组织成分与组织对磨损量的影响对磨损量的影响 n同类金属或原子结构、晶体结构相近的材料，比性质同类金属或原子结构、晶体结构相近的材料，比性质有明显差异的材料构成的摩擦副更易发生粘着磨损。因有明显差异的材料构成的摩擦副更易发生粘着磨损。因此，选用此，选用性质差异大的材料性质差异大的材料构成摩擦副，是降低粘

34、着磨构成摩擦副，是降低粘着磨损的有效途径。损的有效途径。 1.4.4 疲劳磨损疲劳磨损 n 摩擦副材料表面上局部区域在循环接触应力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，由于裂纹扩展并分离出作用下产生疲劳裂纹，由于裂纹扩展并分离出微片和颗粒的一种磨损形式称为疲劳磨损。微片和颗粒的一种磨损形式称为疲劳磨损。n分分滚动接触疲劳磨损滚动接触疲劳磨损和和滑动接触疲劳磨损滑动接触疲劳磨损两种两种形式。形式。 n 滚动轴承、传动齿轮滚动轴承、传动齿轮等有相对滚动摩擦副表等有相对滚动摩擦副表面间出现的面间出现的麻点麻点和和脱落脱落现象。现象。3影响接触疲劳磨损的主要因素影响接触疲劳磨损的主

35、要因素 n接触疲劳磨损是通过疲劳裂纹的萌生和扩展而接触疲劳磨损是通过疲劳裂纹的萌生和扩展而产生的，所以，凡是影响产生的，所以，凡是影响裂纹萌生和扩展裂纹萌生和扩展的因的因素都对接触疲劳磨损有影响。素都对接触疲劳磨损有影响。n材质：材质：杂质、组织、内部缺陷杂质、组织、内部缺陷 n粗糙度：粗糙度：降低粗糙度降低粗糙度 n其它因素其它因素：表面应力、配合精度、润滑油性质表面应力、配合精度、润滑油性质1.4.5 腐蚀磨损腐蚀磨损n在腐蚀性环境中，摩擦表面上发生的比在腐蚀性环境中，摩擦表面上发生的比单纯机械摩擦损单纯机械摩擦损失与单纯腐蚀损失失与单纯腐蚀损失之和高得多的一种破坏形式称为腐蚀之和高得多的

36、一种破坏形式称为腐蚀磨损，主要特点是磨损过程中既有磨损，主要特点是磨损过程中既有机械摩擦机械摩擦起作用，又起作用，又有有腐蚀破坏腐蚀破坏起作用，表现出起作用，表现出极高的磨损速率极高的磨损速率。通常是摩。通常是摩擦为腐蚀发生提供了新鲜的金属表面，腐蚀改变了金属擦为腐蚀发生提供了新鲜的金属表面，腐蚀改变了金属表面的性质，使摩擦造成的磨损速度加快。表面的性质，使摩擦造成的磨损速度加快。n腐蚀磨损分腐蚀磨损分氧化磨损氧化磨损和和特殊介质中的腐蚀磨损特殊介质中的腐蚀磨损和和穴蚀穴蚀。1氧化磨损氧化磨损n在摩擦过程中，摩擦表面在空气中的氧在摩擦过程中，摩擦表面在空气中的氧或润滑剂中氧的作用下生成的或润滑

37、剂中氧的作用下生成的氧化膜氧化膜很很快被快被机械摩擦去除机械摩擦去除的磨损形式称为氧化的磨损形式称为氧化磨损。磨损。2 特殊介质中的腐蚀磨损特殊介质中的腐蚀磨损n在摩擦过程中，环境中的在摩擦过程中，环境中的酸、碱酸、碱等电解质作等电解质作用于摩擦表面上所形成的用于摩擦表面上所形成的腐蚀产物腐蚀产物迅速被迅速被机机械摩擦械摩擦所除去的磨损形式。所除去的磨损形式。n这种磨损的机理与氧化磨损相似，但磨损速这种磨损的机理与氧化磨损相似，但磨损速率较氧化磨损高得多。率较氧化磨损高得多。介质的性质，环境温介质的性质，环境温度、腐蚀产物的强度、附着力度、腐蚀产物的强度、附着力等都对磨损速等都对磨损速率有重要

38、影响。率有重要影响。n这类腐蚀磨损出现的几率很高，如这类腐蚀磨损出现的几率很高，如流体输送泵流体输送泵，当其输送带腐蚀性的流体，尤其是含有固体颗当其输送带腐蚀性的流体，尤其是含有固体颗位的流体时，与流体有接触的部位都会受到腐位的流体时，与流体有接触的部位都会受到腐蚀磨损。蚀磨损。搅拌器叶片、风机、水轮机叶片、内搅拌器叶片、风机、水轮机叶片、内燃机气缸内壁及活塞燃机气缸内壁及活塞等也易发生严重的腐蚀磨等也易发生严重的腐蚀磨损。损。 3 穴蚀穴蚀n穴蚀是在零件与液体接触并有相对运动的穴蚀是在零件与液体接触并有相对运动的条件下，零件表面材料发生剥落的现象。条件下，零件表面材料发生剥落的现象。n 穴蚀

39、属于穴蚀属于“冲蚀磨损冲蚀磨损”的一种，通常将冲的一种，通常将冲蚀磨损分为三类：蚀磨损分为三类：n硬粒子冲蚀硬粒子冲蚀（飞机、尘埃、砂粒，气流输送，水中砂粒冲蚀叶片）（飞机、尘埃、砂粒，气流输送，水中砂粒冲蚀叶片）n液滴冲蚀液滴冲蚀（穿过雨层的导弹、飞机）（穿过雨层的导弹、飞机）n气蚀气蚀（穴蚀）（穴蚀）机理机理：液体受振动：液体受振动压力降低压力降低无数微小无数微小气泡气泡压力升高压力升高气泡快速运动、溃灭气泡快速运动、溃灭微射流（压力微射流（压力30200MPa）疲劳疲劳破坏破坏1.4.6微动磨损微动磨损n1 1微动磨损的定义及其过程微动磨损的定义及其过程 n 两个接触表面之间两个接触表面

40、之间没有宏观相对运动没有宏观相对运动，但在外界变动载荷影响下却有但在外界变动载荷影响下却有小振幅的小振幅的相对振动相对振动（振幅小于（振幅小于100 100 ，一般为，一般为2-2-20 20 ），在这种情况下，表面间产生的），在这种情况下，表面间产生的磨损现象称为微动磨损。磨损现象称为微动磨损。mmn发生在发生在相对静止的零件相对静止的零件上：上：n如如搭接接头处、键联结处、过盈配合的孔和搭接接头处、键联结处、过盈配合的孔和轴、发动机固定处、螺栓联接处轴、发动机固定处、螺栓联接处等。等。n除工作过程的振动外，在长距离铁路和轮船除工作过程的振动外，在长距离铁路和轮船运输中的汽车拖拉机等机械的动

41、配合表面也运输中的汽车拖拉机等机械的动配合表面也会发生微动磨损。这是由于这些表面既承受会发生微动磨损。这是由于这些表面既承受载荷，在工作和运输中又发生连续振动和摇载荷，在工作和运输中又发生连续振动和摇晃所致。晃所致。n微动磨损使金属表面出现微动磨损使金属表面出现麻点或沟纹麻点或沟纹，这些，这些麻点或沟纹的周围有麻点或沟纹的周围有腐蚀产物腐蚀产物。微动磨损的发展过程微动磨损的发展过程粘着粘着振动振动氧化氧化磨料磨损磨料磨损扩展扩展2微动磨损的影响因素及减少微动磨损的影响因素及减少微动磨损的方法微动磨损的方法 n载荷的影响载荷的影响 n振幅的影响振幅的影响 n温度的影响温度的影响 n润滑剂的影响润

42、滑剂的影响 n材料性能的影响材料性能的影响 教材教材P25图图1-10载荷对微动磨损的影响载荷对微动磨损的影响 在一定条件下，微动磨损量随载荷的增加而增加，但增大的速率则不在一定条件下，微动磨损量随载荷的增加而增加，但增大的速率则不断减小，超过某一临界值后，微动磨损量减小。在载荷较小时，随着载荷断减小，超过某一临界值后，微动磨损量减小。在载荷较小时，随着载荷的增加，接触面积增加，使产生微动磨损的区域不断加大，引起微动磨损的增加，接触面积增加，使产生微动磨损的区域不断加大，引起微动磨损增加。但载荷超过临界值后，由于载荷的增加，使产生滑移的界面面积和增加。但载荷超过临界值后，由于载荷的增加，使产生

43、滑移的界面面积和滑移的振幅减少，磨损率降低。因此，有人通过控制过盈配合的预应力或滑移的振幅减少，磨损率降低。因此，有人通过控制过盈配合的预应力或过盈量来减缓微动磨损。过盈量来减缓微动磨损。 教材教材P26图图1-11：振幅对微动磨损的影响：振幅对微动磨损的影响 用低碳钢做实验时得到的单位磨损率与振幅的关系（图中曲线为不同人所用低碳钢做实验时得到的单位磨损率与振幅的关系（图中曲线为不同人所作的试验结果），振幅较小时，磨损率比较低；当振幅超过作的试验结果），振幅较小时，磨损率比较低；当振幅超过50-150m，磨损率显著上升。磨损率显著上升。1.5 机械零件的其它失效形式机械零件的其它失效形式n1.

44、5.1 零件的疲劳断裂零件的疲劳断裂n1.5.2 零件的腐蚀失效零件的腐蚀失效n1.5.3 零件的变形失效零件的变形失效n疲劳断裂：疲劳断裂：是指零件在经历反复多次的应是指零件在经历反复多次的应力或能量负荷循环后才发生的断裂现象。力或能量负荷循环后才发生的断裂现象。n拉压疲劳拉压疲劳n弯曲疲劳弯曲疲劳n扭转疲劳扭转疲劳n接触疲劳接触疲劳n振动疲劳振动疲劳疲劳断裂的基本原理疲劳断裂的基本原理n一般认为疲劳断裂过程经历了一般认为疲劳断裂过程经历了三个阶段三个阶段：n疲劳裂纹的萌生疲劳裂纹的萌生即疲劳裂纹的形核阶段；即疲劳裂纹的形核阶段；n疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹的扩展即疲劳裂纹的亚稳扩展阶段即疲劳裂

45、纹的亚稳扩展阶段n最终的瞬间断裂最终的瞬间断裂即疲劳裂纹的失稳扩展阶段。即疲劳裂纹的失稳扩展阶段。每一阶段持续时间的长短均构成疲劳寿命的一部分。实际上，疲每一阶段持续时间的长短均构成疲劳寿命的一部分。实际上，疲劳寿命的长短主要由形核阶段持续时间劳寿命的长短主要由形核阶段持续时间核寿命和亚稳扩展持核寿命和亚稳扩展持续时间续时间裂纹扩展寿命构成。疲劳断裂过程的三阶段及其特征裂纹扩展寿命构成。疲劳断裂过程的三阶段及其特征如下：如下： 图图1-18 在滑移带口产生的缺口峰在滑移带口产生的缺口峰循环载荷循环载荷塑性变形塑性变形表面滑移线或滑移带表面滑移线或滑移带峰底处应力集中峰底处应力集中微观裂纹微观裂

46、纹裂纹扩展裂纹扩展切向扩展切向扩展正向扩展正向扩展瞬断瞬断 图图1-19 疲劳裂纹成长示意图疲劳裂纹成长示意图 1.5.1 零件的断裂失效零件的断裂失效1.5.2 零件的腐蚀失效零件的腐蚀失效n 金属零件腐蚀失效金属零件腐蚀失效是指金属材料与周围介质是指金属材料与周围介质发生发生化学化学或或电化学电化学作用而导致的破坏。作用而导致的破坏。n 金属腐蚀是普遍存在的自然现象，而它导致金属腐蚀是普遍存在的自然现象，而它导致的经济损失是十分惊人的，据初步统计，全世的经济损失是十分惊人的，据初步统计，全世界因腐蚀而不能继续使用的金属制件约占其产界因腐蚀而不能继续使用的金属制件约占其产量的量的2040，甚

47、至还要多。甚至还要多。n危害重：物质泄漏、污染环境、火灾、爆炸危害重：物质泄漏、污染环境、火灾、爆炸n1. 金属零件的化学腐蚀金属零件的化学腐蚀n 化学腐蚀是金属和外部介质直接起化化学腐蚀是金属和外部介质直接起化学作用，腐蚀产物直接生成于发生腐蚀学作用，腐蚀产物直接生成于发生腐蚀的部位。的部位。n1）气体腐蚀）气体腐蚀n干燥空气中的腐蚀干燥空气中的腐蚀n高温氧化性气体中的腐蚀高温氧化性气体中的腐蚀n2）非电解质溶液腐蚀）非电解质溶液腐蚀n2. 金属零件的电化学腐蚀金属零件的电化学腐蚀n电化学腐蚀对机器（尤其农业机械）所电化学腐蚀对机器（尤其农业机械）所造成的危害，要比化学腐蚀广泛而严重。造成的危害，要比化学腐蚀广泛而严重。这是由于农业机械上大部分零件材料的这是由于农业机械上大部分零件材料的表面状态及