第六章第六章 机器设备寿命估算机器设备寿命估算第第1节节 概述概述第第2节节 磨损寿命磨损寿命第第3节节 疲劳寿命理论及应用疲劳寿命理论及应用第第4节节 损伤零件寿命估算损伤零件寿命估算第第1节节 概概 述述机器设备的寿命是指设备从开始使用到淘汰的整个机器设备的寿命是指设备从开始使用到淘汰的整个时间过程时间过程导致设备淘汰的原因，可能是由于自然磨损使得设导致设备淘汰的原因，可能是由于自然磨损使得设备不能正常工作，或技术进步使得设备功能落后，备不能正常工作，或技术进步使得设备功能落后，或经济上不合算等或经济上不合算等设备的寿命分：设备的寿命分：自然寿命、技术寿命和经济寿命自然寿命、技术寿命和经济寿命 一、自然寿命一、自然寿命自然寿命自然寿命( (物理寿命、物理寿命、使用寿命使用寿命) )，指设备在规定的指设备在规定的使用条件下，从投入使用开始到因物质损耗而报废使用条件下，从投入使用开始到因物质损耗而报废所经历的时间所经历的时间自然寿命受有形磨损影响，引起设备有形磨损的原自然寿命受有形磨损影响，引起设备有形磨损的原因很多，如摩擦损耗、疲劳损耗、腐蚀、蠕变、冲因很多，如摩擦损耗、疲劳损耗、腐蚀、蠕变、冲击、温度、日照、霉变等。
击、温度、日照、霉变等简单机器可能只受一种形式的损伤，其自然寿命一简单机器可能只受一种形式的损伤，其自然寿命一般根据所受损伤的形式来计算以摩擦损耗为主的般根据所受损伤的形式来计算以摩擦损耗为主的机器，自然寿命是根据其磨损寿命确定；受疲劳载机器，自然寿命是根据其磨损寿命确定；受疲劳载荷作用的机器设备，自然寿命是根据疲劳寿命来确荷作用的机器设备，自然寿命是根据疲劳寿命来确定复杂机器往往同时承受多种损伤复杂机器往往同时承受多种损伤对设备的正确使用、维护和修理可以延长其自然寿对设备的正确使用、维护和修理可以延长其自然寿命反之，使用不当、不良的维护和修理会缩短设命反之，使用不当、不良的维护和修理会缩短设备的自然寿命备的自然寿命 二、技术寿命二、技术寿命技术寿命：技术寿命：设备从投入使用到因技术落后而被淘汰设备从投入使用到因技术落后而被淘汰所经历的时间所经历的时间第第种无形磨损种无形磨损可以缩短技术寿命，设备通过现代可以缩短技术寿命，设备通过现代化改造可以延长其技术寿命化改造可以延长其技术寿命 （二）（二）无形磨损无形磨损无形磨损无形磨损指由于科技进步而不断出现性能更加完善、指由于科技进步而不断出现性能更加完善、生产效率更高的设备，使原有设备价值降低；或生产生产效率更高的设备，使原有设备价值降低；或生产相同结构的设备，由于工艺改进或生产规模扩大等原相同结构的设备，由于工艺改进或生产规模扩大等原因，使得其重置价值不断降低，导致原有设备价值的因，使得其重置价值不断降低，导致原有设备价值的贬值。
贬值 1. 第第种无形磨损种无形磨损：由于相同结构设备重置价值的降：由于相同结构设备重置价值的降低而使原有设备价值的贬值低而使原有设备价值的贬值 2. 第第种无形磨损种无形磨损：由于出现性能更加完善、效率：由于出现性能更加完善、效率更高的设备而使原有设备在技术上显得陈旧和落后所更高的设备而使原有设备在技术上显得陈旧和落后所产生的无形磨损产生的无形磨损 三、经济寿命三、经济寿命经济寿命：经济寿命：指设备从投入使用到因继续使用不经济指设备从投入使用到因继续使用不经济而退出使用所经历的时间而退出使用所经历的时间经济寿命受有形磨损和经济寿命受有形磨损和无形磨损的共同影响无形磨损的共同影响设备到了自然寿命后期，由于设备不断老化，必须设备到了自然寿命后期，由于设备不断老化，必须支出的维修费用、能源消耗费用也越来越高，依据支出的维修费用、能源消耗费用也越来越高，依据设备的维持费用来决定设备的更新周期即为设备的设备的维持费用来决定设备的更新周期即为设备的经济寿命经济寿命第第种无形磨损会引起设备更新成本的降低，因此，种无形磨损会引起设备更新成本的降低，因此，更新设备比维护旧设备更合算更新设备比维护旧设备更合算。
第第种无形磨损也会直接影响设备的经济寿命，在技种无形磨损也会直接影响设备的经济寿命，在技术进步情况下，由于新的效率更高的设备的出现，继术进步情况下，由于新的效率更高的设备的出现，继续使用旧设备在经济上并不合算续使用旧设备在经济上并不合算第第2节节 磨损寿命磨损寿命磨损主要发生在具有相对运动的零部件上，如轴承、磨损主要发生在具有相对运动的零部件上，如轴承、齿轮、机床轨道等，其后果是破坏零部件的配合尺寸齿轮、机床轨道等，其后果是破坏零部件的配合尺寸和强度，当磨损量超过允许极限时，导致设备失效和强度，当磨损量超过允许极限时，导致设备失效它是机器设备实体性损耗的主要形式之一据统计，它是机器设备实体性损耗的主要形式之一据统计，世界上世界上 1/ /3 以上的能源消耗在各种摩擦损耗上，以上的能源消耗在各种摩擦损耗上，80% 的机器零部件是由于磨损而报废的机器零部件是由于磨损而报废 一、磨损的基本概念一、磨损的基本概念 磨损是磨损是指固体相对运动时，在摩擦作用下，摩擦面指固体相对运动时，在摩擦作用下，摩擦面上物质不断耗损的现象这种磨损上物质不断耗损的现象这种磨损是诸多因素相互是诸多因素相互影响的复杂过程，是伴随摩擦而产生的必然结果。
影响的复杂过程，是伴随摩擦而产生的必然结果其主要表现形式为物体尺寸或几何形状的改变、表其主要表现形式为物体尺寸或几何形状的改变、表面质量的变化它使机器零件丧失精度，并影响其面质量的变化它使机器零件丧失精度，并影响其使用寿命和可靠性使用寿命和可靠性主要针对第主要针对第种有形磨损是由于使用而发生的实种有形磨损是由于使用而发生的实物形态的磨损，它发生在具有相对运动的零部件之物形态的磨损，它发生在具有相对运动的零部件之间，比如：轴和轴承之间、齿轮牙齿的磨损、机床间，比如：轴和轴承之间、齿轮牙齿的磨损、机床的导轨 磨损的原因：磨损的原因：一是相对运动，二是摩擦一是相对运动，二是摩擦，其影响后，其影响后果是破坏了零部件配合尺寸和强度，当磨损量超过果是破坏了零部件配合尺寸和强度，当磨损量超过允许极限的时候，会导致设备的失效允许极限的时候，会导致设备的失效 ( (一一) )正常的磨损过程分为三个阶段：即初期磨损阶正常的磨损过程分为三个阶段：即初期磨损阶段段( (第第阶段阶段) )、正常磨损阶段、正常磨损阶段( (第第阶段阶段) )和急剧磨和急剧磨损阶段损阶段( (第第阶段阶段) ) 二、典型的磨损过程二、典型的磨损过程 其中其中S是轴和孔是轴和孔之间的间隙。
之间的间隙1.1.初期磨损阶段初期磨损阶段( (第第阶段阶段) )：（1）这一段是从01到A，即初期磨损阶段，也就是我们通常所说的磨合期刚开始时，轴和孔之间的间隙是001，即Smin，到达A点时，成为S0，磨损是S0-Smin，时间是t12）特点：零部件表面的宏观几何形状和微观几何零部件表面的宏观几何形状和微观几何尺寸都发生明显变化，磨损速度很快尺寸都发生明显变化，磨损速度很快 2.2.正常磨损阶段正常磨损阶段( (第第阶段阶段) )： （1）这个阶段从A点到B点，对应的时间是t2 （2）特点：磨损进入正常期，磨损速度比以前要缓慢，磨损情况较稳定，磨损量随时间均匀的增加，二者成线性关系，或者是成正比例关系，也就是说曲线中的AB段是一条斜直线 3.3.急剧磨损阶段急剧磨损阶段( (第第阶段阶段) )： （1）就是B点以后的阶段 （2）特点：由于零部件已经达到它的使用寿命而继续使用，破坏了正常磨损关系，于是磨损速度大大加快，磨损量急剧上升，造成机器设备的精度、技术性能和生产效率明显下降 由设备磨损规律的分析可知：由设备磨损规律的分析可知： 1.如果设备使用合理，加强维护，可延长设备正常使用阶段的期限，保证加工质量并提高经济效益。
2.对设备应该进行定期检查为了避免使设备遭到破坏，在进入第三阶段之前就进行修理，不是等到发生急剧磨损后才修理 3.机器设备在第二阶段的磨损与时间或加工零件的数量成正比，因此设备的磨损可通过试验或统计分析方法，计算出正常条件下的磨损率和使用寿命 （二）磨损方程（二）磨损方程磨损方程把磨损量和时间的关系用函数关系定量的磨损方程把磨损量和时间的关系用函数关系定量的表示出来表示出来 1.1.第第阶段磨损方程阶段磨损方程 （1）特点：时间很短，磨损快一般将曲线简化为直线； （2）方程： 式中：S 配合间隙； Smin最小配合间隙，也就是初始间隙； S0 第阶段结束时的配合间隙； t1 第阶段磨损时间 2.2.第第阶段磨损方程阶段磨损方程 （1）第阶段所对应的磨损曲线AB段基本上为一条直线 （2）对应的磨损曲线方程式为：式中： Smax最大磨损极限； t2 第二阶段磨损时间注意：注意： （1）Smax叫做最大配合间隙更合适一些，就是磨损到正常寿命结束的时候，最大的间隙是多少最大磨损极限应该是：Smax- Smin2）tg，即直线的斜率叫做磨损强度，等于单位时间磨损的厚度，磨损强度越大，表明材料耐磨性越差。
零件进入急剧磨损阶段后，就不能正常使用，必须进行修复或者更换，故没有第三阶段的磨损方程 3.3.简化的磨损方程简化的磨损方程方程： 由于第一阶段，即初期磨损阶段，这段时间很短，如忽略不计，就得到了这个简化的磨损方程 （三）磨损寿命（三）磨损寿命 1.1.设备的正常寿命设备的正常寿命T T 是第一阶段和第二阶段时间之和是第一阶段和第二阶段时间之和 T =tT =t1 1+t+t2 2 2.2.简化后简化后 式中：式中：s smaxmax 最大允许磨损量最大允许磨损量 s s0 0 第第阶段结束时的配合间隙阶段结束时的配合间隙 （四）磨损率（四）磨损率磨损率是指实际磨损量和极限磨损量之比指实际磨损量和极限磨损量之比用m 表示式中：m 磨损率； s s 实际磨损量 三、剩余磨损寿命的计算三、剩余磨损寿命的计算对以磨损为主的机器或零部件，可以根据磨损曲线对以磨损为主的机器或零部件，可以根据磨损曲线计算其剩余磨损寿命或磨损率计算其剩余磨损寿命或磨损率对新机器或零部件磨损寿命的估算，首先要确定材对新机器或零部件磨损寿命的估算，首先要确定材料的磨损强度料的磨损强度tgtg和最大磨损极限和最大磨损极限 s smaxmax，则设备总，则设备总的磨损寿命为：的磨损寿命为： T=T=( (s smaxmaxs so o)/)/tgtg = =s smaxmax/ /tgtg对在用机器设备的磨损强度可根据历史数据估算，对在用机器设备的磨损强度可根据历史数据估算，首先应确定实际磨损量首先应确定实际磨损量s s、已运行时间、已运行时间t t，根据，根据上述参数估算磨损强度上述参数估算磨损强度tgtg : : tgtg = =s/s/t t然后根据磨损方程计算然后根据磨损方程计算剩余磨损寿命剩余磨损寿命T Ts s ： T Ts s =(=(s smaxmaxs)/tgs)/tg 例例11已知磨损强度为每年已知磨损强度为每年0.5 mm 0.5 mm ，设备运行三年后，设备运行三年后，磨损率为磨损率为1/41/4，计算设备的剩余寿命和极限磨损量。
计算设备的剩余寿命和极限磨损量解：总寿命为：解：总寿命为： 年年剩余寿命为：剩余寿命为：12123 = 9 3 = 9 年年 实际磨损量为：实际磨损量为：30.5 = 1.5 mm 30.5 = 1.5 mm 极限磨损量为：极限磨损量为：120.5 = 6 mm 120.5 = 6 mm 例例2.2.某起重机卷筒主要损耗形式是钢丝绳与卷筒摩某起重机卷筒主要损耗形式是钢丝绳与卷筒摩擦对卷筒的磨损该卷筒原始壁厚擦对卷筒的磨损该卷筒原始壁厚20mm20mm，现在壁厚，现在壁厚为为18.5mm18.5mm 根据起重机卷筒的报废标准，筒壁最大根据起重机卷筒的报废标准，筒壁最大磨损。