机械故障概论

1、1机械维修基本知识1.1机械故障概论1.1.1故障的含义及类型故障的含义通常，把机械设备在运行过程中，丧失或降低其规定的功能以及不能继续可 靠运行的现象称为故障。机械故障表现在结构上，主要是零件的损坏和零件之间装配关系的破坏，如 零件变形、断裂，配合松弛，紧固装置松动和失效等。从系统的观点来看，故障包括两层含义：一是机械系统偏离正常功能，它的 形成原因主要是因为机械系统的工作条件（包括零部件）不正常而产生的，可以 通过参数调节，或零部件修复又能恢复到正常功能；二是功能失效，是指系统连 续偏离正常功能，且其程度不断加剧，是机械设备基本功能不能保证（称为失效）。 一般零件失效可以更换，关键零件失效

2、往往导致整机功能丧失。故障的类型故障可以按其性质、状态的不同分为以下几种类型：按发生故障的时间分为突发性故障和渐进性故障突发性故障是由于各种意外的内部原因、偶然的外部影响或者共同作用所导 致的故障，其特点具有偶然性。渐进性故障是由于零件在工作过程中存在的磨损、腐蚀、疲劳和老化等现象 的延伸而逐渐发展形成，其特点是发生的概率与使用时间有关，随之时间的推移 故障现象逐步显现，尤其是到了机器有效寿命的后期就更加明显的表现出来。按发生故障的状况分为实际故障和潜在故障实际故障是指机械在工作过程中已经表现出工作能力明显下降或完全丧失 的现象。实际故障一般可以通过操作者的直接感受或测定其输出技术参数判断出

3、来。由于这种故障使设备丧失有应有的功能，故也常称作功能故障。潜在故障是指机器的正常功能逐步消退，但还没有明显的故障显现，它和渐 进性故障密切相关。潜在故障的继续最终将导致实际故障的发生。按发生故障的原因分为事故性故障和自然故障事故性故障是由于使用中维护不足、调整不当，以及违反操作规程或在制造 和修复时使用了不合格的零件和材料引起的。事故性故障往往是由于人的因素所 导致的，所以属于人为故障，应当通过加大管理力度的办法加以避免。自然故障是机器在使用过程中，由于各种自然因素的影响而引发的故障。客 观地讲，自然故障虽不可避免，但只要认识了各种损坏形式的原因和规律，采取 相应措施，提高维护管理水平，就可

4、以延长机器的使用寿命，避免重大事故的发 生。1.1.2故障的特点机器的运行过程是一个动态过程。同时，机械的故障表现形式随机械设备的 不同而各不相同，即使是同一型号的机械设备，由于装配、安装和调试及工作条 件的差异，往往表现出不同的工况状态和故障形式，但是它们具有共同的特点， 即机械及系统故障大部分具有随机性。所以，研究机械系统工作状态和故障的基 本出发点就是必须遵循随即过程的基本原理。机械及机械系统故障的基本特点归纳起来可以概括为两点：故障发生的随机性这里所说的随机性包含两个方面的含义：一是在在不同时刻的观测数据是不 可重复的，即现时刻的工况状态和过去某一时刻没有变化或相同，只能理解为其 观测

5、值在统计意义上没有显著的差别；二是表征机器工况的特征值不是不变的， 而是在一定范围内变化的。机械设备故障的多层次性机械设备一般都是有成百上千的零件组合装配而成的，零部件之间相互耦合， 决定了机械故障的多层次性，一种故障往往是由多层次故障原因构成的，故障与 现象之间没有一一对应的因果关系，如果只从某一侧面的分析对故障进行判断， 很难做出正确的决策。除此之外，机械故障还具有突发性、间歇性、缓变性、连续性等特点。1.1.3机械故障产生的基本规律机器投入使用后，其技术状况是随其使用时间的延长逐渐由好变坏的。因此， 机械故障发生的概率必然是随着使用时间的延长而逐渐增大，即故障率逐渐增大。如果抛开具体设备

6、结构、性能等方面的特征差异，对其故障产生的特性进行 分析，会发现机械故障的产生随时间而变化是有一定规律的，如图11所示的机械故障率曲线。故障率的变化大致可分为初始故障区、随机故障区和耗损故障 区。图1-1机械的故障概率曲线初始故障区机器在使用初期，由于各零部件之间没有进行磨合，其相互配合状态不能达 到最大效果，或者产品存在没有被发现的设计、制造和装配的缺陷和失误，常常 会有较高的故障率。最工作时间的延长，零件之间经过足够的磨合，表面状况逐 步得到改善，零件间相互配合关系趋于稳定，或者对出现的故障不断排除，故障 率便逐渐降低，这一阶段称之为初始故障区。随机故障区初始故障区之后，机器运行处于相对稳

7、定的状态，故障率较小，一般在规定 的故障率上下波动。此阶段的故障多为突发性故障，即在任何时候都可能发生能 的，与使用时间、新旧程度无关，因而也常称为随机故障区或偶然故障区。由于 突发性故障在任何时候发生的机会都相等，故障率可以看作是一个常数，因此随 机故障区又可称之为恒定性故障区。此阶段运行的工作时间较长，可以认为是零 件的有效寿命期，其间发生的故障一般为突发性故障或事故性故障，必须进行处 理才能保证设备继续运转。耗损故障区机器运行到一定时间，及其零件受到长期磨损、疲劳、腐蚀和老化等因素的 影响，部分零件或全部零件接近其有效寿命后期，故障率逐渐增加。此阶段的故 障一般多为渐进性故障或自然故障，

8、这种形式的故障时不可避免的，而且一旦发 生故障，往往是多个零件同时存在缺陷，此时如果设备继续运行，会导致零件的 急剧损坏或较严重的故障，难以通过一般方法消除，故称这一阶段为耗损故障区。上述所描述的机器运行过程中故障率变化规律的曲线，在可行性维修学上称 为浴盆曲线。对于初始故障区，由于机械在出厂前或安装调试后已进行过各种试 验，并经过充分调整，一般认为已基本消除，用户可以不必考虑。处于随机故障 区时，虽然有故障发生，但比较容易判断和排除，一般不决定机器的寿命。只有 接近或进入耗损故障区，机械的性能才发生明显变化，预示机械有效寿命的终结， 因而，防止或延缓机械零件进入耗损故障区从而延长机器使用寿命

9、是故障诊断与 维修学研究的主要内容之一。1.1.4影响故障产生的主要因素机械故障的产生受到很多因素的影响，如设计、加工制造、装配、安装与调 试、使用与操作等，而在这众多的因素中，往往是某一种或几种因素起着重要作 用。机械制造和修理因素对故障的影响零件材料的选择在机械设计、制造和修理中要依据零件工作的性质和特点，合理选择材料。零件的加工质量零件的加工质量包括它的各种尺寸精度、表面粗糙度和其他经过热处理所达 到的机械性能等。采用不同的生产加工方法和工艺措施，可以使零件得到不同的 工作性能。因此，制造和维修零件时，要根据实际情况，选择最佳加工或修复方 案，以确保零件的加工质量。机械的装配质量影响装配

10、质量的因素主要体现为零件装配的位置精度和接触精度。位置精度 主要通过装配间隙的大小、位置关系的准确程度来体现，如滑动轴承轴颈与轴承 空之间的间隙大小。接触精度主要通过正常工作状态下接触面积的大小和接触部 位的位置来体现，如相互啮合齿轮的轮齿接触表面的面积和接触位置体现了装配 关系的正确与否。保证装配质量要严格遵守装配技术规范的要求，并在装配前仔细检查、装配 中精心调整、装配后严格检验。机械使用因素对故障的影响在正常使用条件下，机械有它自身的故障规律。但当使用条件改变时，机械 的故障规律也随之发生改变。一般情况下，机器的使用条件是很复杂的、变化的。 导致故障产生有客观方面的因素，也有主观方面的因素，综合起来主要表现为工 作负荷、工作环境、设备保养和操作水平等。工作负荷机器正常工作时，零件的磨损程度与摩擦力成线性关系，摩擦力与工作负荷 成正比关系，因此零件的磨损程度与工作负荷的大小也呈线性关系。零件的疲劳 损坏是在一定的交变载荷下发生的，虽工作负荷的增大而加剧。工作环境机械设备的工作环境包括工作场所、气候条件、腐蚀介质和其他有害介质的 影响以及工作对象的状况等。一般情况下，及其工作温度升高、工作副有杂质介 入、空气中含，有过量的腐蚀性气体等，都会导致零件的磨损和腐蚀加剧。由于煤矿井下工作环境条件比较差，所以煤矿机械的故障率较高，维修成本 较大。设备