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1、 机械设备修理 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 第一章第一章 机械零件失效的模式机械零件失效的模式 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 第一节 机械零件的磨损第一节 机械零件的磨损 磨损 工作表面在摩擦时沿其表面发生的微观或 宏观变化过程的结果 1 1 磨损的类型 磨损的类型 按接 触表 面的 性质 分类 磨粒磨损 固体磨损 液体磨损 气体磨损 按 磨 损 机 理 分 类 磨粒磨损 粘着磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 微动磨损 2 2 磨损的一般规律 磨损的一般规律 第一章 机械设备修理的基本知识 1 初期磨损阶段 又称跑合阶段 2 稳定磨损阶段 又称工作磨损阶段 3 急剧磨损阶
2、段 又称强烈磨损阶段 3 3 减少磨损的途径 减少磨损的途径 1 正确选择材料是提高耐磨性的关键 2 为了改善零件表面的耐磨性可采用多种表面处理方法 3 尽量保证液体润滑 采用合适的润滑材料和正确的润 滑方法 采用润滑添加剂 注意密封等 4 合理进行摩擦副的结构设计是提高耐磨性 减少磨损 的重要条件 5 设备的使用和维护正确与否对设备的寿命影响极大 正确的使用和维护与不正确的使用和维护其寿命往往可 相差几倍 第二节 零件的变形第二节 零件的变形 一个结构或零件 特别是基础零件在外加载荷的作用 下发生变形 将导致零部件之间相互位置精度遭到破 坏 影响各组成零件的相互关系 据估算 变形对零 部件寿
3、命的影响在30 左右 对于金属切削机床类设 备 由于精度要求较高 变形的影响就更加突出 在 修理实践中发现 修理质量低 大修周期短的一个重 要原因就是零部件的变形 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 1 1 零件变形的原因零件变形的原因 1 毛坯制造 铸造 锻造 焊接等热加工零件由于温度 差异 冷却和组织转变的先后不一都会形 成残余的内应力 尤其是铸造毛坯 形状 复杂 厚薄不均 在浇铸后的冷却过程中 形成拉伸 压缩等不同的应力状态 可能 发生变形或断裂 经热处理的零件也存在 内应力 2 机械加工 在切削加工过程中 由于装夹 切削力 切削热的作用 零件表层会发生塑性变形 和冷作硬化 因而
4、产生内应力 引起变形 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 3 操作使用 工程机械 矿山机械 冶金设备 锻压设 备及其他热加工机械设备等 在较恶劣的 工况下T作 其个别零部件在极限载荷或 超载荷的情况下运行 高温导致零部件屈 服强度降低 从而使零部件产生变形 4 修理质量 在设备修理过程中 如果不考虑被修零件 已经变形 常常会造成零件更大的变形或 增加变形的危害 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 2 2 零件的变形失效零件的变形失效 零件产生变形后 如果出现不能承受规定的载荷 不能起到规定的作用或与其他零件的运转发生干扰 等情况时 零件则产生了变形失效 变形失效可以 是弹性变形
5、失效 也可以是塑性变形失效 变形失 效主要有两个特征 即体积发生变化和几何形状 发生变化 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 1 弹性变形失效 分析当一个零件没有明显的永久变形 或涉及复杂的应力场时 必 须考虑弹 性变形失效 因为变形失效包含一次 加载屈服 而且大部分零件在载荷的 作用下将发生弹性弯曲 2 累积应变 失效分析 当某一零件在承受稳态载荷时 还承受 与主动方向不同的一个循环变化的叠加 载荷 循环变化的载荷所产生的应变使 零件的两端每半周一次交替发生超过屈 服点 ors 的应变 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 3 过载变形 失效分析 每一个构件或零件都有一个承载极
6、限 当承载载荷超过此极限时则称为过载 机械零件在过载情况下会发生变形或 断裂 在强度理论定量设计中以及零 件强度极限分析中 大多数情况是将 应力完全限制在弹性范围内 并把材 料屈服强度作为结构或零件变形失效 的合理依据 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 3 3 减轻零件变形危害的措施减轻零件变形危害的措施 3 加强生产技术管理 制定并严格执行操作规程 不超负荷 运行 避免局部超载和过热 加强设备的检查和维护 1 在机械设计中不仅要考虑零件的强度 还要考虑零件的刚 度和制造 装配 使用 拆卸修理等有关问题 2 在机械加工中要采取一系列工艺措施防止和减小变形 对毛坯要进行时效处理以消除其
7、残余内应力 4 在设备修理中 不仅要恢复零件的尺寸 配合精度 表面 质量等 还要检查和修复主要零件的形状和位置误差 制定 出与变形有关的标准和修理规范 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 第三节 零件的断裂第三节 零件的断裂 断裂 指在外力的作用下零件发生的正向分离与切向 分离 example 机械零件在循环应力作用下会发生疲劳断裂 在高温持久应力作用下会发生蠕变断裂 在腐蚀环境下会发生应力腐蚀或腐蚀疲劳 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 断口 的宏 观形 态特 征 按载 荷性 质 塑性 断裂 脆性 断裂 一次加 载断裂 疲劳 断裂 发生塑性变形后造成的断裂 断裂之前没有明显
8、的塑性变形的断裂 是零件在一次静拉伸 静压缩 静扭转 静弯 曲或一次冲击下的断裂 为反复加载断裂 即经历反复多次的应力作用 后才发生的断裂 据估计 机械零件的断裂失效中疲劳断裂失效占80 左右 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 1 1 零件疲劳断裂的基本原理 零件疲劳断裂的基本原理 零件承受循环载荷 时 在局部将出现 很大的塑性变形 在持续反复载荷作用下 经过一定周 期 表面形成微观裂纹 微观裂纹形成后 在循环 负荷作用下 裂纹将继续 向内部发展 很多裂纹的深度增加 连接成 为一个主导裂纹 当其达到临 界长度后 发生突然断裂 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 2 2 减轻断
9、裂危害的措施 减轻断裂危害的措施 1 在机械设 汁中要尽量减 少应力集中 如焊缝通常是疲劳断裂 失效的起源区域 对T 形焊接接头 采取适当 的几何形状 焊后打磨 圆角或钻孔 均能减轻 应力集中的程度 零件 截面改变处采用组合圆 角比采用单一半径圆角 能戚倍增加疲劳寿命 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 2 在机械制造工艺方面 延长零件疲劳寿命的最有效途径是引入残余压应力 如喷丸强化处理 冷滚压加工等 利用金属纤维在 不同方向上力学性能的差别提高疲劳寿命 如锻造 螺柱的疲劳寿命是机械加工螺柱的疲劳寿命的三倍 滚压螺纹的疲劳寿命也可延长很多 对零件进行表 面热处理和化学处理 提高零件表层
10、的强度和硬度 也能延长其疲劳寿命 机械设备修理工艺学 高职高专 十一五 课件 3 机械设备在使用中的注意事项 要注意及时发现零件裂纹 定期进行无损探伤 尽量减轻零件的腐蚀损伤 因为腐蚀会增加裂纹扩展 的速率 尽可能减少设备运行中各部分的温差 如发 动机起动时各部分温差很大 如果立即高速大负荷运 转 会加大温差 由热应力引起应力集中加速有关零 件疲劳损坏 设备使用中还要严格避免设备超载并尽 量减少冲击 4 机械设备在修理中的注意事项要注意 以下几点 1 注意对断裂零件进行断口分析 以确定零件断裂的形 式 原因 起源和超载程度等 断口分析以宏观分析为 主 还可利用光学显微镜和电子显微镜进行微观分析
11、 2 采用延长零件寿命的修复方法 如表面去皮修理 将 旋桨 发动机涡轮叶片等零件定期去除一薄层金属可以 大大延长其使用寿命 3 对容易产生断裂的重要零件实行状态监测 如定期进 行无损检测 利用闪频仪在零件运转中监测等 四 零件的蚀损四 零件的蚀损 零 件 的 蚀 损 形 式 腐 蚀 气 蚀 在周围介质作用下 零件表面发生的 以化学或电化学反应为主的磨损 它 与其他形式的磨损相伴发生 相互影 响和相互促进 可产生严重的后果 特别是在高温和潮湿的环境中尤为严重 是一种比较复杂的破坏现象 它不仅仅 是机械作用 还有化学反应 电化学作 用 液体中含有磨料时会加剧这一破坏 过程 气蚀现象经常发生在柴油机
12、气缸 套外壁 水泵零件 水轮机叶片 船舶 螺旋桨等部位 1 1 腐蚀腐蚀 腐 蚀 的 机 理 氧化磨损 电化学作用 金属与气体 特别是高温气体 和非导 电液体介质接触 则发生化学腐蚀 金属与电解液 酸 碱 盐类水溶液 相 接触 则发生电化学腐蚀 腐 蚀 磨 损 化学反应 特殊介质 腐蚀磨损 金属与空气中的氧作用形成氧化磨损是最常 见的一种腐蚀磨损形式 其特征是摩擦表面 沿滑动方向呈匀细磨痕 摩擦副与酸 碱 盐等特殊介质作用发生化 学反应而形成腐蚀磨损 其机理与氧化磨损 相似 在摩擦表面上糟滑动方向也有腐蚀磨 损的痕迹 但磨损速度较快 减轻腐蚀危害其主要措施有 减轻腐蚀危害其主要措施有 1 根据
13、工作环境条件选择合适的耐腐材料 尽量以塑料代替 金属 进行合理的结构设计 零件外形要简化 表面粗糙度 值的大小要合适 避免形成原电池的条件 2 覆盖金属保护层如镍 铬 锌等 覆盖方法有电镀 喷涂 化学镀等 非金属保护层如涂装塑料 橡胶 搪瓷等 化 学保护层如磷化 钝化 氧化等 表面合金化如渗铬 渗铝 等 3 进行电化学保护 用比零件材料化学性能更活泼的金属铆 接在零件上 人为形成原电池 零件成为阴极受到保护 从 而不会发生电化学腐蚀 4 进行介质处理 将有机缓蚀剂或无机缓蚀剂加入相应介质 减弱零件的腐蚀 2 2 气蚀气蚀 气 蚀 的 机 理 当零件与液体接触并有相对运动 接触处局部 压力低于液
14、体蒸发压力时 形成气泡 溶解的 气体也会析出形成气泡 这些气泡运动到高压 区 气泡被迫溃灭的瞬间 产生极大的冲击力 和高温 这种现象称为水击现象 气泡形成与溃灭的反复作用 使零件表面材料 产生疲劳而逐渐脱落 呈麻点状 逐渐扩展成 泡沫海绵状 这种现象称为气蚀 气蚀严重时 可扩展为深度20mm的孔穴 直到穿透零件或 使零件产生裂纹而损坏 因此又称为穴蚀 减轻穴蚀危害的措施有 减轻穴蚀危害的措施有 1 减小零件与液体接触表面的振动 以减少水击现象 的发生 如增强刚性 改善支承 采取吸振措施等 2 选用耐穴蚀的材料 如铸铁成分中最容易穴蚀的 是片状石墨 而球状或团状石墨耐穴蚀性好 此外 不锈钢 尼龙
15、也耐穴蚀 3 零件表面涂防穴蚀材料 如塑料 陶瓷表面镀铬等 减小表面粗糙度值也有利于减轻穴蚀 4 改进零件结构 减少液体流动时产生涡流的现象 5 介质中添加乳化油 可减小气泡爆破时的冲击力 以减轻穴蚀 农夫的遗嘱 一个农夫有四个儿子 临终前 农 夫立下遗嘱 要求将土地平均分给 四个儿子 要求面积一样 形状也 一样 而且必须是完整的 农夫的遗产 答案 第一章 机械设备修理的基本知识 第二节 设备修理前的准备工作 一 设备修理的方式一 设备修理的方式 第一章 机械设备修理的基本知识 按计划进行的修理 即所谓 计划预修制 机械设备产生了故障 不排除故障则不能 进行正常工作 即排除故障的修理 机械设备
16、经过一段时间的使用 其零件表面必然会磨损 从而丧 失该机械设备应有的精度 有时这些机械设备看起来还能 正常 运转 但其某些零件已接近稳定磨损期的末期 如果继续运行 会产生急剧磨损 损害整个机械设备的寿命 因此 为了保持设 备应有的精度和工作能力 防止设备过早固磨损产生意外事故 延长设备的使用寿命 使设备完好率保持在较高的水平 机械设 备 特别是金属切削机床 要进行计划预修 第一章 机械设备修理的基本知识 1 大修 机械设备的大修是工作量最大的一种计划修 理 大修包括对机械设备的全部或大部分部 件解体 修复基准件 更换或修复全部不合 格的零件 修理 调整机械设备的电气系统 修复机械设备的附件以及翻新外观等 大修 的目的是全面消除修前存在的缺陷 恢复机 械设备的规定精度和性能 第一章 机械设备修理的基本知识 2 项修 项目修理 简称项修 是根据机械设备的实际技术状 态 对状态劣化已达不到生产工艺要求的项目 按 实际需要进行针对性的修理 项修时 一般要进行 部分拆卸 检查 更换或修复失效的零件 必要时 对基准件进行局部修理和校正坐标从而恢复所修部 分的性能和精度 项修的工作量视实际情况而定
