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1、第2章 失效理论概述,知识点 1基本概念：磨损、断裂、腐蚀、变形和老化 2摩擦、磨损、断裂、腐蚀、变形和老化的类型及发生的规律 3提高设备寿命、减少失效的措施 学习要求 1掌握机电设备磨损、断裂、腐蚀的概念和类型 2掌握减少机电设备磨损断裂失效的措施 3了解磨损、断裂的机理 4了解减少机电设备腐蚀、变形和老化失效的措施,www.sciencepcom,第2章 失效理论概述,零件在使用过程中，由于设计、材料、工艺及装配等各方面原因，使其丧失规定的功能，无法继续工作的现象称失效。 零件主要失效形式有磨损、断裂、腐蚀、变形和老化等类型。,www.sciencepcom,.1 磨 损,2.1.1摩擦
2、阻止两个物体接触表面作相对切向运动的现象称摩擦，这个阻力称摩擦力。造成能量损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移称磨损。 摩擦时相互运动的接触面可以看作为摩擦副。根据运动状态不同，摩擦可以分静摩擦、动摩擦。根据运动形式不同，摩擦可以分滑动摩擦、滚动摩擦。根据摩擦副之间的润滑状态不同，摩擦可以分干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（1）干摩擦 当摩擦副表面间无任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦称为干摩擦。在工程实际中任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，不存在真正的干摩擦。 （2）边界摩擦 当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑
3、油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦。 与干摩擦状态相比，边界摩擦状态时的摩擦系数要小的多。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（3）流体摩擦 当摩擦副表面间形成的油膜厚度达到足以将两个表面的微凸出部分完全分开时，摩擦副之间的摩擦就转变为油膜之间的摩擦，称为流体摩擦。形成流体摩擦的方式有两种：一是通过液压系统向摩擦面之间供给压力油，强制形成压力油膜隔开摩擦表面，这称为液体静压摩擦；二
4、是通过两摩擦表面在满足一定的条件下，相对运动时产生的压力油膜隔开摩擦表面，这称为液体动压摩擦。 （4）混合摩擦 当摩擦副表面间处在边界摩擦与流体摩擦的混合状态时，称为混合摩擦。一般机器的摩擦表面多处于混合摩擦状态。混合摩擦时的摩擦系数比边界摩擦小。在边界摩擦状态下，保持边界膜不破裂十分重要。,www.sciencepcom,.1 磨 损,2.1.2 磨损 磨损是一种微观和动态的过程，零件磨损时会出现各种物理、化学和机械现象，其外在的表现形态是表层材料的磨耗，磨耗程度的大小通常用磨损量度量。 根据磨损结果，磨损分为点蚀磨损、胶合磨损、擦伤磨损等；根据磨损机理，磨损分为磨料磨损、疲劳磨损、粘着磨损
5、、腐蚀磨损、微动磨损等。,www.sciencepcom,.1 磨 损,1) 磨料磨损 磨料磨损是指摩擦副的表面上硬的凸起部分和另一表面接触，或两摩擦面间存在着硬的质点，如空气中的尘土、磨损造成的金属微粒等，在发生相对运动时，两个表面中的一个表面的材料发生转移或两个表面的材料同时发生转移的磨损现象。 2）疲劳磨损 摩擦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，分离出微片或颗粒的磨损形式称疲劳磨损。根据摩擦副间的接触和相对运动方式可分为滚动接触疲劳磨损和滑动接触疲劳磨损两种形式。,www.sciencepcom,.1 磨 损,a)根据摩擦副间的接触和相对运动方式可分: 1）滚动接触疲
6、劳磨损 滚动接触疲劳磨损会使滚动轴承、传动齿轮等有相对滚动的摩擦副表面间出现麻点和脱落现象，当一个表面在另一个表面作纯滚动或滚动加滑动时，最大切应力发生在亚表层。 2）滑动接触疲劳磨损 在相对运动时，作用于摩擦表面上的法向载荷会使表面产生压平或压入，使接触区产生相应的应力和应变，在摩擦运动的反复作用下，触点处结构、应力状态会出现不均匀、应力集中现象，从而引发裂纹，最终使部分表面材料以微粒形式脱落、形成磨屑。这就是滑动接触疲劳磨损机理。,www.sciencepcom,.1 磨 损,影响接触疲劳磨损的主要因素有： 1）材料性能 2）硬度 3）表面粗糙度 4）摩擦力 5）润滑 此外，接触应力的大小
7、、循环速度、表面处理工艺、润滑油量等因素，对抗疲劳磨损也有较大影响。,www.sciencepcom,.1 磨 损,3)粘着磨损 当摩擦副表面在相互接触的各点处发生粘着或冷焊合后，在相对滑动时使一个表面的材料迁移到另一个表面上所引起的磨损，称为粘着磨损。 影响粘着磨损的因素有摩擦副表面材料成分与组织和摩擦副的表面状态。 工作时，可根据摩擦副的工作条件（载荷、温度、速度等），选用适当的润滑剂或在润滑剂中添加改性物质，如极压剂等，可有效地减轻粘着磨损的发生。,www.sciencepcom,.1 磨 损,4)腐蚀磨损 摩擦副表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作
8、用而引起的材料损失现象，称为腐蚀磨损。常见的腐蚀磨损有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。 氧化磨损是由氧化和机械磨损两个作用相继进行的过程。 在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀的情况下而产生的磨损，称为特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损相似，但磨损率较大，磨损痕迹较深。金属表面也可能与某些特殊介质起作用而生成耐磨性较好的保护膜。,www.sciencepcom,.1 磨 损,5)微动磨损 两个接触物体作微幅相对振动而产生的磨损，称为微动磨损。当两接触表面受到法向载荷时，接触微峰产生塑性流动而发生粘着，在微幅相对振动作用下，粘着点被剪切而破坏，并产生磨屑；磨屑和被剪切形成的新表面逐渐被氧化
9、，在连续微幅相对振动中，出现氧化磨损。由于表面紧密贴合，磨屑不易排出而在接触表面间起磨粒作用，因而引起磨粒磨损。当振动应力足够大时，微动磨损处会形成疲劳裂纹，裂纹的扩展会导致表面早期破坏。,www.sciencepcom,.1 磨 损,2.1.3 润滑 机械设备是企业生产的物质基础，为了使企业生产能正常进行，就必须保证机械设备经常处于良好的技术状态。这也就需要在产品设计阶段正确进行结构和润滑系统设计，选择适当的摩擦副材料及表面处理工艺；在生产阶段应注意保证机械设备的制造质量；而在使用期间则必须重视机械设备的维护保养。润滑是贯穿始终的重要环节。 近年来，在一些旧机床上应用流体静压润滑技术和固体润
10、滑技术，取得了较好的 效果。,www.sciencepcom,.1 磨 损,(1) 润滑的主要作用有： （1）控制摩擦 对摩擦副进行润滑后，由于润滑剂介于对偶表面之间，使摩擦状态改变，相应摩擦因数及摩擦力也随之改变。试验证明：摩擦因数和摩擦力的大小，是随着半干摩擦、边界摩擦、半流体摩擦、流体摩擦的顺序递减的，即使在同种润滑状态下，因润滑剂种类及特性不同而不相同。 （2）减少磨损 摩擦副的粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损以及腐蚀磨损等，都与润滑条件有关。在润滑剂中加入抗氧化和抗腐蚀添加剂，有利于抑制腐蚀磨损；而加入油性和极压抗磨添加剂，可以有效地减轻粘着磨损和表面疲劳磨损；流体润滑剂对摩擦副具有
11、清洗作用，也可减轻磨粒磨损。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（3）降温冷却 润滑是减少摩擦热的有效措施。摩擦副运动时必须克服摩擦力而作功，消耗在克服摩擦力上的功全部转化为热量，其结果将引起摩擦副温度上升。干摩擦的热量最大，流体摩擦的热量最小，而边界摩擦的热量则介于两者之间。 （4）防止腐蚀 摩擦副不可避免地要与周围介质接触，引起腐蚀、锈蚀而破坏。在摩擦副对偶表面上，若有含防腐、防锈添加剂的润滑剂覆盖时，可避免或减少腐蚀。 （5）密封作用 半固体润滑剂具有自封作用，它不仅可以防止润滑剂流失，而且还可以防止水分和杂质等的侵入。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（6）传
12、递动力 有些润滑剂具有传递动力的作用，如齿轮在啮合时，其动力可通过一层润滑膜传递。液压传动、液力传动都是以润滑剂作传动介质而传力的。 （7）减振作用 润滑剂都在金属表面有附着的能力，且本身的剪切阻力小，具有吸振的能力。,www.sciencepcom,.1 磨 损,(2) 润滑有以下几种常见的分类方法： （a）根据润滑剂分类 1）气体润滑，以空气、氢气、氮气和蒸汽等气体作为润滑剂的润滑。 2）液体润滑，以润滑油、乳化液和水等液体作为润滑剂的润滑。 3）半固体润滑，以润滑脂等半固体材料作润滑剂的润滑。 4）固体润滑，以石墨和二硫化钼等固体作润滑剂的润滑。 5）油雾润滑，利用压缩空气或蒸汽，将油液
13、雾化后作为润滑剂的润滑。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（b）根据供给润滑剂的方法分类 1）分散或单独润滑，各润滑部位采用单独装置供油的润滑。 2）集中润滑，各润滑部位采用一个统一装置供油的润滑。 （c）根据供油时间分类 1）间歇润滑，经过一定时间间隔才对润滑部位供油一次的润滑。 2）连续润滑，在机械设备整个运转过程中，连续不断地对润滑部位供油的润滑。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（d）根据提供的润滑剂是否有压力分类 1）常压润滑，依靠油液自身重力或毛细管虹吸作用向润滑部位供油的润滑。 2）压力润滑，依靠液压泵将具有一定压力的油液送至润滑部位的润滑。 （e）根
14、据润滑状态分类 1）流体润滑，两接触表面被一层连续不断的流体润滑膜完全隔开时的润滑。 2）边界润滑，两接触表面上有一层极薄的边界膜（吸附膜或反应膜）时的润滑。 3）半流体润滑，两接触表面间同时存在边界膜和流体润滑膜的混合润滑。 4）半干润滑，两接触表面上，大部分边界膜遭到破坏时的边界润滑。,www.sciencepcom,.1 磨 损,2.1.4 保养 使用设备必须实行定人、定机、定操作规程，凭证操作设备。操作者必须经过一定的基础教育，严格执行使用及维护设备的规章制度。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（1）“三级”保养的划分 1）日常保养。设备的日常保养由操作者负责，班前班后由
15、操作工人认真检查。擦拭设备各处或注油保养，设备经常保持润滑、清洁。班中设备发生故障，要及时排除，并认真做好交接班记录。 2）一级保养。以操作工人为主，维护工人参加，对设备进行局部解体和检查，清洗所规定的部位，疏通油路，更换油线油毡。调整设备各部位配合间隙，紧固设备各个部位，设备运转六百小时后，要进行一次一级保养。 3）二级保养。以维修工人为主，操作工人参加，对设备进行部分解体，检查修理，更换和修复磨损件，局部恢复精度，润滑系统清洗，换油，气电系统检查修理，设备运转3 000小时要进行一次二级保养。,www.sciencepcom,.1 磨 损,（2）设备日常保养的具体要求 1）班前认真检查设备
16、，按规定做好点检工作，按规定进行合理润滑和加油。 2）班中遵守设备操作规程，正确使用设备。发现隐患及时排除，自己解决不了的应立即通知机电修理人员处理。 3）班后做好设备清扫，润滑工作。一般设备为1530min，大型、关键设备可以适当延长。油毡、油线、油孔、油杯、油池要坚持每周清扫一次。 4）做好交接班工作，将当天设备运转情况详细记录在交接班本上。 5）坚持每天一小扫，周末大清扫，月底节前彻底扫，定期进行评比。周末一般设备清扫1h左右，大型、关键设备2h左右，月底一般清扫12h，大型、关键设备24h，节日保养按规定保养标准进行，并将定期评比情况作好记录。,www.sciencepcom,2.2 断 裂,2.2 断裂 断裂是指机械零件在某些因素作用下，发生局部开裂或分裂为若干部分的现象。 断裂是机械零件失效的主要形式之一，零件断裂是严重的失效，不仅完全丧失了工作能力，而且还可能造成重大经济损失和伤亡事故。 零件断裂后形成的断口能够真实记录断裂的动态变化过程。通过断口分析，能判断发生断裂的主要原因，从而为改进设计、合理修复
