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1、机电设备故障及零部件失效机理 第一章 机电设备故障及零部件失效机理 本章主要内容 机电设备故障的概念 分类 规律 零部件失效主要模式: 1. 机械零件的磨损 2. 金属零件的腐蚀 3. 机械零件的变形 4. 机械零件的断裂 不同失效模式下减少或消除其失效的方法 和途径。 Date 1 1 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 第一节 概论 发动机发动不起来，机床运转不平稳，汽车刹车失灵等等现象都是机械故障的表现形 式。 故障研究的目的是要查明故障模式,追寻 故障机理,探求减少故障的方法,提高机电设 备的可靠程度和有效利用率 故障定义:设备(系统)或零部件丧失了规定 工
2、能的状态。 故障含两层含义: 一是机械系统偏离正常功能; 二是其功能失效。 Date 2 2 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 关于失效的基本概念 1、零件（构件）的功能 （1）在一定的压力、温度、介质下，保持规定的 形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。 2、失效的定义和形式 定义: 零件失去设计所要求的效能（功能）称 为失效。 常见的失效形式：磨损、腐蚀、过量变形、断 裂 Date 3 3 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 第一节 概论 对故障进行研究时，要注意一下 几个问题： l故障状况随规定对象的变化而不
3、同。 l故障状况是针对规定功能而言的。 l故障状况应达到一定的程度。 Date 4 4 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 二、故障的分类 机械故障可以从不同角度来进行 分类，不同的分类方法反映了机械故 障的不同侧面，对机械故障进行分类 的目的是为了更好地针对不同的故障 形式采取相应的对策，以下是各种故 障分类方法。 Date 5 5 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障分类 1.按故障性质分 u间歇性故障： 设备只是在短期内丧失某些 功能,在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失 后,功能即可恢复。多半由机电设备外部原因如 工人误操作、
4、气候变化、环境设施不良等因素 引起。 u永久性故障： 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 坏引起的。 Date 6 6 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障分类 2.按故障程度分 u局部性故障： 设备只是某一部功能丧失, 不影响设备其它功能的实现(如冷却电机) u整体性故障： 虽然设备只是某一部功能丧 失,但却使设备整体功能不能实现(如主电动机 故障) Date 7 7 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障分类 3.按故障形成速度分 u突发性故障： 故障发生具有偶然性和突发性, 一般与设备使用时间无
5、关,故障发生前无明显征兆, 通过早期试验或测试很难预测,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 u缓变性故障： 故障发展缓慢,一般在设备有效 寿命的后期出现,其发生概率与使用时间有关,能够 通过早期试验或测试进行预测,通常是因零部件的腐 蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的 Date 8 8 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障分类 4.按故障形成原因分 u操作或管理失误形成的故障： 设备未按原设 计规定的条件使用,形成设备错用、精机粗用 u设备内在原因形成的故障： 一般是设备由于 设计、制造遗留下的缺陷(如加工残余应力、局部薄 弱环节等)或
6、材料内部潜在的缺陷造成的.该故障无法 预测,是突发性故障的重要原因 u自然故障： 设备在有效期内,因受到外部或内部 多种自然因素影响而引起的故障,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 Date 9 9 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障分类 5.按故障造成的后果分 u致命故障： 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 轮脱落、发动机总成报废等 u严重故障： 是指严重影响设备正常使用,在短 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 u一般故障： 指影响设备正常使用,但在短期内
7、 能排除的故障。如V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 Date 1010 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障分类 6.按故障表现形式分功能故障和潜在故障 7.按故障形成的时间分 早期故障和随时间 变化的故障及随机故障 8.按故障程度和形成快慢分 破坏性故障和 渐衰失效性故障 Date 1111 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 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 发生故障。 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
8、根 本上预防故障。 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。 Date 1212 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 可靠性 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：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。 l可靠性的数量指标。 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 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 性，即
9、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 为故障概率。 Date 1313 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 1.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 的概率。用R(t)表示。 2.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F(t)表 示。 图1-1 可靠度曲线 图1-2 故障概率曲线 Date 1414 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 1.可靠度（无故障概率） 机电设备在规定条件下，
10、在规定时间内，无故障地完成其规定功能 的概率。用R(t)表示。 图1-1为可靠度曲线。由图可见，产品的可靠度 R(t)是时间t的函数 ， 随着时间的增长，产品的可靠度会越来越低，它是一个介于1与0之间 的数，即0R(t)1。 图1-1 可靠度曲线 1 1 Date 1515 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 2. 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F(t)表 示。 图1-2为故障概率曲线。由图可见，产品的故障概率F(t)也是时间t的 函数, 随着时间的推移, 产品的故障概率会越来越大, 它是一个介于0与1 之间的数,即
11、0F(t)1。 图1-2 故障概率曲线 1 1 Date 1616 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 无故障概率与故障概率关系 两者是对立事件 故障概率与无故障概率构成了 一个完整的事件组，即 Date 1717 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 从概率的概念出发，由概率理论可知，故障概率的分布是其密度函数f(t)积累函数，即故障发生的时间比率，或单位时间内发生的故障的概率。它是单调增函数。故障概率可用公式表示： 式中F(t)-故障概率 f(t)-故障概率分布密度函数 t-时间 当t= 时，即 l故障概率又叫累计故障概
12、率；其密度函数f(t)又叫单位时间内发生故障的概率。 有： Date 1818 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 图1-3 故障概率密度函数f(t) t Date 1919 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 3. 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t之前 尚未发生故障，而在随后的dt时间之内可能发生故障的条件概率， 用(t)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 故障概率之比。 Date 2020 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设
13、备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 故障率 l瞬时故障率产品在某一瞬时t的单位时间内发生故障的概率 l平均故障率产品在某一段时间内单位时间发生故障的概率 l平均故障间隔时间（MTBF）可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工作的平均时间。 Date 2121 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 l一些产品的MTBF： 电脑产品规范4000h， 大屏幕投影30000h， 硬盘30000-40000h， 磁盘阵列不低于50000h， 方正笔记本电脑70000h， 长城电源120000h。 三、故障的规律 Date 2222 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障
14、及零部件失效机理 例： 设有一电子产品工作1000小时，共发生故障5次，求该产品 MTBF。 参考答案： MTBF=200h 其故障率为 (t)=5/(11000)=0.005/h MTBF=1/(t) 三、故障的规律 Date 2323 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 例：某产品MTBF=16万h18年 =1/MTBF=1/18=5.5% 即：某产品1年内平均1000太设备有55台会出故障。 三、故障的规律 Date 2424 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 三、故障的规律 例： 设t=0时，投入工作1000只灯泡，当 t=36
15、5天时，发 现有30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 （天）、MTBF。 F(t)=30/1000=0.03 R(t)=1- F(t)=0.97 =30/(970365)=0.84710-4/天 =30/(1000+970)/2 365=0.83410-4/天 MTBF=1/(t)=11806天32年 Date 2525 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 故障率曲线 大多数故障出现的时间和频率与机电设 备的使用时间有密切联系。通过工程实践和 实验表明，机电设备的故障率变化可分为以 下三种类型： 1）早期故障期 2）随机故障期 3）损耗
16、故障期 Date 2626 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 早期故障期 特点：故障率较高，但 故障随设备工作时间 的增加而迅速下降。 早期故障一般是由于设计、制造 、检验或装配中存在缺陷而导致的 。设备进行大修或改造后，早期故 障会再次出现。 通过运转磨合、检查、排除故 障等手段可使其缺陷逐步消除，运 转趋于正常，从而实现逐渐减少这 类故障的目的。 早期故障期故障率曲线 O t Date 2727 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 随机故障期 O t 随机故障期故障率曲线 特点：故障率低而且稳 定，近似为常数。 随即故障是由于偶然因素引起的 ，它不可预测，也不能通过延长磨 合期来消除。设计上的缺陷、零部 件缺陷、维护不良以及操作不当都 会造成随机故障。 Date 2828 机电设备维修技术机电设备维修技术 机电设备故障及零部件失效机理 耗损故障期 O t 耗损故障
