機電設備維修技術418

第一章故障分析診斷和修復技術1.故障分析2.故障診斷3.設備維修與零件修復隨著現代工業和現代制造技術的發展，制造系統的自動化、集成化程度越來越高。在這樣的生產環境下，一旦某臺設備出現了故障而又未能及時發現和排除，就可能會造成整臺設備停轉，甚至整個流水線、整個車間停產，從而造成巨大的經濟損失。因此，對設備故障的研究以及對設備實施狀態的檢測與故障診斷技術的提高越來受到人們的重視，由此帶來的經濟效益和社會效益是巨大的。開展設備故障分析和診斷能夠預防生產事故，保障人身和設備的安全，同時能夠推動設備維修制度的全面改革，使設備維修制度由定期維修向動態化的狀態維修的轉化，促進狀態監測與故障診斷技術的成熟和完善。1.1故障分析故障研究的目的是要查明故障模式，追尋故障機理，探求減少故障的方法，提高機電設備的可靠程度和有效利用率。通常人們將故障定義為：設備（系統）或零部件喪失了規定功能的狀態。從系統的觀點來看，故障包含兩層含義：一是機械系統偏離正常功能。其形成的主要原因是機械系統（含零部件）的工作條件不正常引起的，這類故障通過參數調節或零部件修復即可消除，系統隨之恢復正常功能。二是功能失效。此時系統連續偏離正常功能，并且偏離程度不斷加劇，使機械設備基本功能不能保證，這種情況稱之為失效。一般零件失效可以更換，關鍵零件失效，則往往導致整機功能喪失。

1.1故障分析在對故障進行研究時，要注意明確以下幾個問題

1.故障狀況隨規定對象的變化面不同。規定對象是指一臺單機或某些單機組成的系統或機械設備上的某個零部件。不同的對象在同一時間將有不同的故障狀況，例如：在一條自動化生產線上，某單機的故障造成整條自動線系統功能喪失時，表現出的故障狀態是自動線故障；但在機群式布局的車間里，就不能認為某單機的故障是全車間的故障。

2.故障狀況是針對規定功能而言的。例如：同一狀態的車床，進給絲杠的損壞對加工螺紋而言是發生了故障；但對加工端面來說卻不算發生故障，因為這兩種加工所需車床的功能項目不同。

3.故障狀況應達到一定的程度，即應從定量的角度來估計功能喪失的嚴重性。1.1故障分析

1．按故障性質

1)間歇性故障

設備只是在短期內喪失某些功能，故障多半由機電設備外部原因如工人誤操作、氣候變化、環境設施不良等因素引起，在外部干擾消失成對設備稍加修理調試后，功能即可恢復。

2)永久性故障

此類故障出現后必須經人工修理才能恢復功能，否則故障一直存在。這類故障一般是由某些零部件損壞引起的。1.1.1故障的分類?

2．按故障程度

1)局部性故障機電設備的某一部分存在故障，使這一部分功能不能實現而其他部分功能仍可實現，即局部功能失效。

2)整體性故障整體功能失效的故障，雖然也可能是設備某一部分出現故障，但卻使設備整體功能不能實現。1.1.1故障的分類

3．按故障形成速度

1)突發性故障故障發生具有偶然性和突發性，一般與設備使用時間無關，故障發生前無明顯征兆，通過早期試驗或測試很難預測。此種故障一般是由工藝系統本身的不利因素與偶然的外界影響因素共同作用的結果。

2)

緩變性故障故障發展緩慢，一般在機電設備有效壽命的后期出現，其發生概率與使用時間有關，能夠通過早期試驗或測試進行預測。通常是因零部件的腐蝕、磨損、疲勞以及老化等發展形成的。1.1.1故障的分類

4．按故障形成的原因

1)

操作或管理失誤形成的故障如機電設備未按原設計規定條件使用，形成設備錯用等。

2)機器內在原因形成的故障一般是由于機器設計、制造遺留下的缺陷（如殘余應力、局部薄弱環節等）或材料內部潛在的缺陷造成的，無法預測，是突發性故障的重要原因。

3)自然故障機電設備在使用和保有期內，因受到外部或內部多種自然因素影響而引起的故障，如正常情況下的磨損、斷裂、腐蝕、變形、蠕變、老化等損壞形式都屬自然故障。1.1.1故障的分類

5．按故障造成的后果

1)致命故障危及或導致人身傷亡、引起機電設備報廢或造成重大經濟損失的故障。如機架或機體斷離、車輪脫落、發動機總成報廢等。

2)嚴重故障是指嚴重影響機電設備正常使用，在較短的有效時間內無法排除的故障。例如發動機燒瓦、曲軸斷裂、箱體裂紋、齒輪損壞等。

3)一般故障影響機電設備正常使用，但在較短的時間內可以排除的故障。例如傳動帶斷裂、操縱手柄損壞、鈑金件開裂或開焊、電器開關損壞、輕微滲漏和一般緊固件松動等。

1.1.1故障的分類

此外，故障還可按其表現形式分為功能故障和潛在故障；按故障形成的時間分為早期故障、隨時間變化的故障和隨機故障；按故障程度和故障形成快慢分為破壞性故障和漸衰失效性故障等。1.1.1故障的分類大多數設備的故障率是時間的函數，如圖1-1所示，設備的故障率曲線為兩頭高、中間低，圖形有點像浴盆，通常稱為浴盆曲線。設備的故障率隨時間的變化，大致可以劃分為三個階段，即早期故障期、偶然故障期和耗損故障期。1.1.2設備故障發生的一般規律1.早期故障期早期故障期出現在設備開始工作的較早時間，它的特點是故障率較高，且故障率隨時間增加而迅速下降。故障的原因往往是設計。制造的缺陷或質量不佳引起的。對于剛修理過的設備來說，裝配不當是發生故障的主要原因。對新出廠的或修理過的設備，可以在出廠前或投入使用初期的較短一段時間內進行磨合或調試，以便減少或排除這類故障，使設備進入偶然故障期，一般不認為早期故障是使用中總故障的一個重要部分。1.1.2設備故障發生的一般規律2.偶然故障期偶然故障期是指設備在早期故障期之后耗損故障期之前的這一時期。這是設備最良好的工作階段，也稱為有效壽命期。它的特點是故障率低而穩定，近似為常數。這一階段的故障是隨機性質的，與機器新舊無關。突發故障是由偶然因素，如材料缺陷、操作錯誤以及環境因素等造成的。偶然故障不能通過延長磨合期來消除，也不能由定期更換故障件來預防，一般來說，再好的維修工作也不能消除偶然故障。偶然故障什么時候發生時無法預測的。但是，人們希望在有效壽命期內故障率盡可能低，并且持續的時間盡可能長。因此，提高使用管理水平，適時維修以減少故障率，延長設備使用壽命是十分必要的。1.1.2設備故障發生的一般規律3.耗損故障期設備使用后期，故障率隨時間的增加而明顯增加。這是由于設備長期使用，產生磨損、疲勞、腐蝕、老化等造成的。防止耗損故障的唯一辦法就是在設備進入耗損期前后及時進行維修。這樣可以把上升的故障率降下來。如果設備故障太多，維修費用太高而不經濟，則只好報廢。可見，準確掌握設備何時進入耗損故障期，對維修工作具有重要意義。1.1.2設備故障發生的一般規律并不是所有設備都有三個故障階段，有的設備只有其中一個或兩個故障期，甚至有些質量低劣的設備在早期故障后就進入了耗損故障期。由于機件的工作條件和材質不同，其實際故障規律不盡相同；即使符合典型故障率曲線，但其故障率曲線的長短也不一樣，這一點需要維修人員認真探索、研究解決。浴盆曲線說明了設備的故障規律，按故障率隨時間變化的關系曲線，可以歸納出故障有三種類型：遞減型、恒定型和遞增型。1.1.2設備故障發生的一般規律機械設備發生故障的原因，有的來自設備自身缺陷的影響。有設計方面的問題，如原設計結構、尺寸、配合、材料選擇不合理等；有零件材料缺陷的問題，如材料材質不均勻、內部殘余應力過大等；有制造方面的問題，如制造過程中的機械加工、鑄鍛、熱處理、裝配、標準件等存在工藝問題；有裝配方面的問題，如零件的選配、調整不合理、安裝不當等；還有檢驗、試車等方面的問題。1.1.3設備故障發生的原因機械零件喪失規定的功能即稱為失效。一個零件處于下列兩種狀態之一就認為是失效：一是不能完成規定功能；二是不能可靠和安全地繼續使用。零件的失效是導致機械設備故障的主要原因。因此，研究零件的失效規律，找出其失效原因和采取改善措施，對減少機械故障的發生和延長機械的使用壽命有著重要意義。1.1.3設備故障發生的原因零件失效的基本形式為：磨損（磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損）、疲勞及斷裂、變形（彎曲、扭曲、壓潰）、腐蝕。機械零件失效的主要表現形式是零件工作配合面的磨損，它占零件損壞的比例最大。材料的腐蝕、老化等是零件工作過程中不可避免的另一類失效形式，但其比例一般要小得多。這兩種形式的失效，基本上概括了在正常使用條件下機械零件的主要失效形式。其他形式的失效，如零件疲勞斷裂、變形等雖然實際生產中也經常發生，且屬于最危險的失效形式，但多屬于制造、設計方面的缺陷，或者是對機器維護、使用不當引起的。1.1.3設備故障發生的原因失效分析是指分析研究機件磨損、斷裂、變形、腐蝕等現象的機理或過程的特征及規律，從中找出產生失效的主要原因，以便采用適當的控制方法。失效分析的目的是為制定維修技術方案提供可靠依據，并對引起失效的某些因素進行控制，以降低設備故障率，延長設備使用壽命。此外，失效分析也能為設備的設計、制造反饋信息，為設備事故的鑒定提供客觀依據。1.1.3設備故障發生的原因1．零件的磨損總所周知，一臺機器如汽車、拖拉機，其構成的基本單元是機件，許多零件構成的摩擦副，如軸承、齒輪、活塞-缸筒等，它們在外力作用下以及熱力、化學等環境因素的影響下，經受著一定的摩擦、磨損直至最后失效，其中磨損這種故障模式，在各種機械故障中占有相當的比重。因此，了解零件及其配合副的磨損規律是非常必要的。磨損這種故障模式屬于漸進性故障，例如氣缸由于磨損而產生的故障與風扇皮帶的斷裂、電容器被擊穿等故障不同，后者屬于突發性故障，而磨損產生的故障是耗損故障。使用經驗表明，零件磨損及配合副間隙的增長是隨使用時間的延長而增大的。零件的磨損過程基本上可以分為運轉磨合、正常磨損和急劇磨損三個階段。1.1.3設備故障發生的原因（1）運轉磨合階段零件在裝配后開始運轉磨合，它的磨損特點是在短時間內磨損量增長較快，經過一定的時間后趨于穩定。它反映了零件配合副初始配合的情況。在該階段的磨損強度在很大程度上取決于零件表面的質量、潤滑條件和載荷。隨著表面粗糙度的變大以及載荷的增大，在零件初始工作階段，都會加速磨損。零件配合副的間隙也由初始狀態逐步過渡到穩定狀態。（2）正常磨損階段零件及其配合副的磨損特點是磨損量慢慢增長，屬于自然磨損，大多數零件的磨損量與工作時間呈線性關系，并且磨損量與使用條件和技術維護的好壞關系很大。使用保養得好，可以延長零件工作時間。（3）急劇磨損階段磨損強度急劇增加，配合間隙加劇變大，磨損量較大，破壞了零件正常的運轉條件，摩擦加劇，零件過熱，以致由于沖擊載荷出現噪聲和敲擊，零件強度進入了極限狀態，因此達到急劇磨損臨界點后，不能繼續工作，否則將出現事故性故障。一般零件或配合副使用到一定時間就應該采取調整、維修和更換的預防措施，來防止事故性故障發生。1.1.3設備故障發生的原因由于零件在整機中所處的位置及摩擦工況不同，以及制造質量及其功能等原因，并不是所有零件開始時都有磨合期和使用末期的急劇磨損期，例如密封件。燃油泵的精密配件和其他一些零件，它們呈現不能繼續使用的不合格情況，并不是因為在它們的末期出現了急劇磨損或者事故危險，而是由于它們的磨損量已經影響到不能完成自身的功能；另外一些元件，例如電器導線、蓄電池、各種油管、散熱器管、油箱等，它們實際上沒有初始工作磨損較快階段。1.1.3設備故障發生的原因磨損與零件所受的應力狀態、工作條件、潤滑條件、加工表面形貌、材料的組織結構與性能以及環境介質的化學作用等一系列因素有關，若按表面破壞機理和特征來界定的話，磨損可以分為磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損。1.1.3設備故障發生的原因磨粒磨損也稱為磨料磨損，它是由于摩擦副的接觸表面之間存在著硬質顆粒，或者當摩擦副材料的一方硬度比另一方的硬度大得多時，所產生的一種類似金屬切削過程的磨損現象。它是機械磨損的一種，特征是在接觸面上有明顯的切削痕跡。在各類磨損中，磨粒磨損約占50%左右，是十分常見且危險性最嚴重的一種磨損，其磨損速率和磨損強度很大，致使機械設備的使用壽命大大降低，能源和材料大量消耗。根據摩擦表面所受的應力和沖擊的不同，磨粒磨損的形式又分為鏨削式、高應力碾碎式和低應力擦傷式三類。（1）磨粒磨損屬于磨粒顆粒的機械作用，一種是磨粒沿摩擦表面進行微量切削的過程；另一種是磨粒使摩擦表面層受交變接觸應力作用，使表面層產生不斷變化的密集壓痕，最后由于表面疲勞而剝蝕。磨粒的來源有外界沙塵、切屑侵入、流體帶入、表面磨損產物、材料組織的表面硬點及夾雜物等。磨粒磨損的顯著特點是：磨損表面具有與相對運動方向平行的細小溝槽，有螺旋狀、環狀或彎曲狀細小切削及部分粉末。磨粒磨損的機理磨粒磨損是由磨粒與摩擦副表面的機械作用引起的，因而減少或消除磨粒磨損的對策可以從以下兩方面著手。首先，減少磨粒的進入。對機械設備中的摩擦副應阻止外界磨粒進入并及時清除摩擦副磨合過程中產生的磨屑。具體措施是配備空氣濾清器及燃油、機油過濾器；增加用于防塵的密封裝置等；在潤滑系統中裝入吸鐵石，集屑房及油污染程度指示器；經常清理及更換空氣、燃油、機油濾清裝置。其次，增強零件摩擦表面的耐磨性。一是可以選用耐磨性能好的材料；二是對于要求耐磨又有沖擊載荷作用的零件，可采用熱處理和表面處理的方法改善零件材料表面的性質，提高表面硬度，盡可能使表面硬度超過磨粒的硬度；三是對于精度要求不太高的理念，可在工作面上堆焊耐磨合金以提高其耐磨性。減輕磨粒磨損的措施構成摩擦副的兩個摩擦表面，在相對運動時接觸表面的材料從一個表面轉移到另一個表面所引起的磨損稱為黏著磨損。根據零件摩擦副表面破壞程度，黏著磨損可分為輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫以及咬死五類。（2）黏著磨損

摩擦副在重載條件下工作，因潤滑不良、相對運動速度高、摩擦等原因產生的熱量來不及散發，摩擦副表面產生極高的溫度，嚴重時表層金屬局部軟化或熔化，材料表面強度降低，使承受高壓的表面凸起部分相互黏著，繼而在相對運動中被撕裂下來，使材料從強度低的表面上轉移到材料強度高的表面上，造成摩擦副的災難性破壞，如咬死或劃傷。黏著磨損機理首先，控制摩擦副的表面狀態。摩擦表面越潔凈、光滑，表面粗糙度過分小，越易發生黏著磨損。金屬表面經常存在吸附膜，當有塑性變形后，金屬滑移，吸附膜被破壞，或者溫度升高達到100-200℃時吸附膜也會破壞，這些都容易導致黏著磨損的發生。為了減少黏著磨損，應根據其載荷、溫度、速度等工作條件，選用適當的潤滑劑，或在潤滑劑中加入添加劑等，以建立必要的潤滑條件。而大氣中的氧通常會在金屬表面形成一層保護性氧化膜，也能防止金屬直接接觸和發生黏著，有利于減少摩擦和磨損。其次，采取措施控制摩擦副表面的材料成分與金相組織。材料成分和金相組織相近的兩種金屬材料之間最容易發生黏著磨損，這是因為兩摩擦副表面的材料形成固溶體或金屬間化合物的傾向強烈。因此，作為摩擦副的材料應當是形成固溶體傾向最小的兩種材料，即應當選用不同材料成分和晶體結構的材料。在摩擦副的一個表面上覆蓋鉛、錫、銀、銅等金屬或者軟的合金可以提高抗黏著磨損的能力，如經常用巴氏合金、鋁青銅等作為軸承襯的表面材料，可提高其抗黏著磨損的能力，鋼與鑄鐵配對的抗黏著性能也不錯。第三，改善熱傳遞條件。通過選用導熱性能好的材料，對摩擦副進行冷卻降溫或采取適當的散熱措施，以降低摩擦副相對運動時的溫度，保持摩擦副的表面強度。減少黏著磨損的措施疲勞磨損是摩擦副材料表面上局部區域在循環接觸應力周期性的作用下產生疲勞裂紋而發生材料微粒脫落的現象。根據摩擦副之間的接觸和相對運動方式，可將疲勞磨損分為滾動接觸疲勞磨損和滑動接觸疲勞磨損兩種形式。（3）疲勞磨損疲勞磨損的過程就是裂紋產生和擴展、微粒形成和脫落的破壞過程。磨粒磨損和黏著磨損都與摩擦副表面直接接觸有關，有潤滑劑將摩擦兩表面分隔開，則這兩類磨損機理就不起作用。對于疲勞磨損，即使摩擦表面間存在潤滑劑，并不直接接觸，也可能發生，這是因為摩擦表面通過潤滑油膜傳遞而承受很大的應力。疲勞磨損與磨粒磨損和黏著磨損不同，它不是一開始就發生的，而是應力經過一定循環次數后發生微粒脫落，以致摩擦副失去工作能力。根據裂紋產生的位置，疲勞磨損的機理有如下兩種情況。疲勞磨損機理滾動接觸疲勞磨損：滾動軸承、傳動齒輪等有相對滾動摩擦副表面間出現深淺不同的針狀、痘斑狀凹坑（深度在0.1～0.2mm以下）或較大面積的微粒脫落，都是由滾動接觸疲勞磨損造成的，又稱為點蝕或痘斑磨損。滑動接觸疲勞磨損：兩滑動接觸物體在距離表面下0．786b處（b為平面接觸區的半寬度）切應力最大，該處塑性變形最劇烈，在周期性載荷作用下的反復變形會使材料表面出先局部強度弱化，并在該處首先出現裂紋。在滑動摩擦力引起的切應力和法向載荷引起的切應力疊加作用下，使最大切應力從0．786b處向表面深處移動，形成滑動疲勞磨損，剝落層深度一般為0.2～0.4mm.減少或消除疲勞磨損的對策就是控制影響裂紋產生和擴展的因素，主要有以下兩方面。合理選擇材質和熱處理：鋼中非金屬夾雜物的存在易引起應力集中，這些夾雜物的邊緣最易形成裂紋，從而降低材料的接觸疲勞壽命。材料的組織狀態、內部缺陷等對磨損也有重要的影響，通常，晶粒細小、均勻，碳化物成球狀且均勻分布，均有利于提高滾動接觸疲勞壽命，在未溶解的碳化物狀態相同的條件下，馬氏體中碳的質量分數在0．4％～0．5％左右時，材料的強度和韌性配合較佳，接觸疲勞壽命高。對未溶解的碳化物，通過適當熱處理，硬度在一定范圍內增加，其接觸疲勞抗力也將隨之增大。例如，軸承鋼表面硬度為62HRC左右時，其抗疲勞磨損能力最大；對傳動齒輪的齒面，硬度在58～62HRC范圍內最佳。此外，兩接觸滾動體表面硬度匹配也很重要，例如滾動軸承中，以滾道和滾動元件的硬度相近，或者滾動元件比滾道硬度高出10％為宜。合理選擇表面粗糙度：實踐表明，適當減小表面粗糙度值是提高抗疲勞磨損能力的有效途徑．例如，將動軸承的表面相糙度值從Ra0.40μm減小到Ra0.20μm時，壽命可提高2～3倍；從Ra0.20μm減小到Ra0.10μm時，壽命可提高1倍：而減小到Ra0.05μm以下則對壽命的提高影響甚小，表面粗糙度要求的高低與表面承受的接觸應力有關，通常接觸應力大或表面硬度高時，均要求表面粗糙度值要小。此外，表面應力狀態、配合精度的高低、潤滑油的性質等都會對疲勞磨損的速度產生影響，通常，表面應力過大、配合間隙過小或過大、潤滑油在使用中產生的腐蝕性物質等都會加劇疲勞磨損。

減少成消除疲勞磨損的對策

①腐蝕磨損的機理運動副在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質發生化學反應或電化學反應，引起金屬表面產生腐蝕物并剩落，這種現象稱為腐蝕磨損。它是腐蝕與機械磨損相結合而形成的一種磨損現象，因此腐蝕磨損的機理與磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損的機理不同，它是一種極為復雜的磨損過程，經常發生在高溫或潮濕的環境中，更容易發生在有酸、堿、鹽等特殊介質的條件下，根據腐蝕介質及材料性質的不同，通常將腐蝕磨損分為氧化磨損和特殊介質中的腐蝕磨損兩大類。（4）腐蝕磨損氧化磨損：在摩擦過程中，摩擦表面在空氣中的氧或潤滑劑中的氧的作用下所生成的氧化膜很快被機械摩擦去除的磨損形式稱為氧化磨損。工業中應用的金屬絕大多數都能被氧化而生成表面氧化膜，這些氧化膜的性質對磨損有著重要的影響。若金屬表面生成致密完整、與基體結合牢固的氧化膜，且膜的耐磨性能很好，則磨損輕微；若膜的耐磨性不好則磨損嚴重。例如，鋁和不銹鋼都易形成氧化膜，但鋁表面氧化膜的耐磨性不好，不銹鋼表面氧化膜的耐磨性好，因此不銹鋼具有的抗氧化磨損能力比鋁更強。

特殊介質中的腐蝕磨損：在摩擦過程中，環境中的酸、堿等電解質作用于摩擦表面上所形成的腐蝕產物迅速被機械摩擦所除去的磨損形式稱為特殊介質中的腐蝕損。這種磨損的機理與氧化磨損相似，但磨損速率較氧化磨損高得多。介質的性質、環境溫度、腐蝕產物的強度、附著力等都對磨損速率有重要影響。這類腐蝕磨損出現的概率很高，如流體輸送泵，當其輸送帶腐蝕性的流體，尤其是含有固體顆粒的流體時，與流體有接觸的部位都會受到腐蝕磨損。

首先，通過合理選擇材質和對表面進行抗氧化處理，可以選擇含鉻、鎳、鉬、等成分的鋼材，提高運動副表面的抗氧化磨損能力。或者對運動副表面進行噴丸、滾壓等強化處理，或者對表面進行陽極化處理等，使金屬表面生成致密的組織或氧化膜，提高其抗氧化磨損能力。

其次，對于特定介質作用下的腐蝕磨損，可以通過控制腐蝕性介質的形成條件，選用合適的耐磨材料以及改變腐蝕性介質的作用方式來減輕腐蝕磨損速率。減少腐蝕磨損的對策兩個固定接觸表面由于受相對小振幅振動而產生的磨損稱為微動磨損，主要發生在相對靜止的零件結合面上，例如鍵連接表面、過盈或過渡配合表面、機體上用螺栓連接和鉚釘連接的表面等，因而往往易被忽視。

微動磨損的主要危害是使配合精度下降，過盈配合部件的過盈量下降甚至松動，連接件松動乃至分離，嚴重者還會引起事故。微動磨損還易引起應力集中，導致連接件疲勞斷裂。

（5）微動磨損微動磨損是一種兼有磨粒磨損、黏著磨損和氧化磨損的復合磨損形式。微動磨損通常集中在局部范圍內，接觸應力使結合表面的微凸體產生塑性變形，并發生金屬的黏著；黏著點在外界的小振幅振動反復作用下被剪切，黏附金屬脫落，剪切處表面波氧化；兩結合表面水遠不脫離接觸，磨損產物不易往外排除，磨屑在結合表面因振動而起著磨粒的作用，所以微動磨損兼有黏著磨損、氧化磨損和磨粒磨損的作用。微動磨損的機理a．改善材料性能b．控制載荷和增加預應力

c．控制振幅d．合理控制溫度

e．選擇合適的潤滑劑影響磨損的因素是十分復雜的，主要有幾個方面，即材料性能、接觸表面的幾何形貌、運動副的裝配質量、運動學和動力學狀態以及摩擦環境，每一個方面有都包含很多具體內容。需要特別指出的是，并不是任何磨損過程的控制都必須全面考慮這些因素，對于給定的磨損條件而言，有的因素很重要，必須考慮，但有的因素卻可能并不重要甚至無關。正確選材對控制零件的磨損，保證產品質量是十分重要的。正確選材的第一步必須對零件的工作條件及環境有詳細的了解，在此基礎上，確定對該零件的總的性能要求。以滑動軸承為例，作為機械零件，它必須具有一定的強度、一定的塑性、具有可加工性、成本低廉等，這些都屬于對機械零件的一般要求。然而，作為滑動軸承，它還應具有合適的硬度、較好的導熱性等，這是對滑動軸承非摩擦學性能中的特殊要求.關于摩擦因數，在有些情況下是必須特別加以考慮的，如剎車裝置、夾緊裝置及一些傳動裝置中。一般情況下，摩擦因數確定了系統的動力性能、材料表面的應力、表面溫度及系統所要求的功率。至于磨損率，它直接影響零件的使用壽命，在選材考慮中的重要地位是顯而易見的。要特別強調的是，不同運轉條件下的磨損機理可能很不相同，要使不同磨損機理或磨損類型的磨損率減少，對材料性能的要求是不完全相同的，因此在選擇磨損件材料時，非常重要的一點是，必須首先確定占主導地位的是何種磨損機制。零件的腐蝕損傷是指金屬材料與周圍介質產生化學或電化學反應造成的表面材料損耗、表面質量破環、內部品體結構損傷，最終導致零件失效的現象。金屬零件的腐蝕損傷具有以下特點：損傷總是由金屬表層開始，表面常常有外形變化，如出現凹坑、斑點、潰破等；被破壞的金屬轉變為氧化物或氫氧化物等化合物，形成的腐蝕物部分附著在金屬表面上，如鋼板生銹表面附著一層氧化鐵。2.零件的腐蝕

按金屬與介質作用機理，機械零件的腐蝕損傷可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。

①機械零件的化學腐蝕化學腐蝕是指金屬和介質發生化學作用而引起的腐蝕，在這一腐蝕過程中不產生電流，介質是非導電的。化學腐蝕的介質一般有兩種形式，一種是氣體腐蝕，指在干燥空氣、高溫氣體等介質中的腐蝕；另一種是非電解質溶液中的腐蝕，指在有機液體、汽油和潤滑油等介質中的腐蝕，它們與金屬接觸時進行化學反應形成表面膜，在不斷脫落又不斷生成的過程中使零件腐蝕的。

大多數金屬在室溫下的空氣中就能自發地氧化，但在表面形成氧化物層之后，如能有效地隔離金屬與介質間的物質傳遞，就成為保護膜：如果氧化物層不能有效阻止氧化反應的進行，那么金屬將不斷地被氧化而受到腐蝕損傷。

②金屬零件的電化學腐蝕電化學腐蝕是金屬與電解質物質接觸時產生的腐蝕，大多數金屬的腐蝕都屬于電化學腐蝕。金屬發生電化學腐蝕的特點是，引起腐蝕的介質是具有導電性的電解質，腐蝕過程中有電流產生，電化學腐蝕比化學腐蝕普遍而且要強烈得多。

腐蝕損傷的類型①正確選材根據環境介質和使用條件，選擇合適的耐腐蝕材料②合理設計結構設計零件結構時應盡量使整個部位的所有條件均勻一致，做到結構合理，外形簡化，表面粗糙度合適，應避免電位差很大的金屬材料相互接觸，還應避免結構應力集中、熱應力及流體停滯和聚集的結構以及局部過熱等現象。

③覆蓋保護層在金屬表面上覆蓋耐腐蝕的金屬保護層.④電化學保護⑤添加緩蝕劑⑥改變環境條件這種方法是將環境中的腐蝕性介質去掉，如采用強制通風、除濕、除二氧化硫等有害氣體，以減少腐蝕損傷。減少或消除機械零件腐蝕損傷的對策

斷裂是指零件在某些因素經歷反復多次的應力或能量負荷循環作用后才發生的斷裂現象。零件斷裂后形成的表面稱為斷口。斷裂的類型很多，與斷裂的原因密切相關，工程中分為五種類型。

3.零件的斷裂

①過載斷裂當外力超過了零件危險截面所能承受的極限應力時發生的斷裂。其斷口特征與材料拉伸試驗斷口形貌類似。對鋼等韌性材料在斷裂前有明顯的塑性變形，斷口有頸縮現象，呈杯錐狀，稱韌性斷裂；分析失效原因應從設計、材質、工藝、使用載荷、環境等角度考慮問題。對鑄鐵等脆性材料，斷裂前幾乎無塑性變形，發展速度極快，斷口平齊光亮，且與正應力垂直，稱脆性斷裂；由于發生脆性斷裂之前無明顯的預兆，事故的發生具有突然性，因此是一種非常危險的斷裂破壞形式。目前，關于斷裂的研究主要集中在脆性斷裂上。

②腐蝕斷裂零件在有腐蝕介質的環境中承受低于抗拉強度的交變應力作用，經過一定時間后產生的斷裂。斷口的宏觀形貌呈現脆性特征，即使是韌性材料也如此。裂紋源常常發生在表面而且呈多發源。在斷口上可看到腐蝕特征。

③低應力脆性斷裂一種是零件制造工藝不正確或使用環境溫度低，使材料變脆，在低應力下發生脆斷，常見的有鋼材回火脆斷和低溫下脆斷；另一種是由于氫的作用，零件在低于材料屈服極限的應力作用下導致的氫脆斷裂，氫脆斷裂的裂源在次表層，裂紋源不是一點而是一小片，裂紋擴展區呈氧化色顆粒狀，與斷裂區成鮮明對比，斷口宏觀上平齊。

④蠕變斷裂金屬零件在長時間的恒溫、恒應力作用下，即使受到小于材料屈服極限的應力作用，也會隨著時間的延長，而緩慢產生塑性變形，最后導致零件斷裂。在蠕變斷裂口附近有較大變形，并有許多裂紋，多為沿晶斷裂，斷口表面有氧化膜，有時還能見到蠕變孔洞。

⑤疲勞斷裂金屬零件經過一定次數的循環載荷或交變應力作用后引發的斷裂現象稱為疲勞斷裂。在機械零件的斷裂失效中，疲勞斷裂占很大的比重，約為50％～80％。軸、齒輪、內燃機連桿等都承受交變載荷，若發生斷裂多半為疲勞斷裂。

疲勞斷裂斷口的宏觀特征明顯分為三個區域，即疲勞源區、疲勞裂紋擴展區和瞬時破斷區。疲勞源區是疲勞裂紋最初形成的地方，它一般總是發生在零件的表面，但若材料表面進行了強化或內部有缺陷，也在皮下或內部發生；疲勞源區往往是一表面光滑細潔、貝紋線不明顯的狹小區域。疲勞裂紋擴展區最明顯的特征是常常呈現宏觀的疲勞弧帶和微觀的疲勞紋，疲勞弧帶大致以疲勞源為核心，似水波形式向外擴展，形成許多同心圓或同心弧帶，其方向與裂紋擴展方向相垂直。瞬時破斷區是當疲勞裂紋擴展到臨界尺寸時發生的快速破斷區，其宏觀特征與靜載拉伸斷口中快速破斷的放射區及剪切唇相同。通過對斷裂零件斷口形貌的研究，推斷出斷裂的性質和類型，找出破壞原因，以便采取預防措施。

零件結構設計時，應盡量減少應力集中，根據環境介質、溫度、負載性質合理選擇材料。通過表面強化處理可大大提高零件疲勞壽命，適當的表面涂層可防止雜質造成的脆性斷裂。在對某些材料進行熱處理時，在爐中通入保護氣體可大大改善其性能。要正確安裝，防止產生附加應力與振動，對重要零件應防止碰傷拉傷；同時應注意正確使用，保護設備的運行環境，防止腐蝕性介質的侵蝕，防止零件各部分溫差過大，如有些設備在冬季生產時需先低速空轉一段時間，待各部分預熱以后才能負載運轉。機械設備在作業過程中，由于受力的作用，使零件的尺寸或形狀產生改變的現象稱為變形，過量的變形是機械失效的重要類型，也是判斷性斷裂的明顯征兆。有的機械零件因變形引起結合零件出現附加載荷、加速磨損或影響各零部件間的相互關系，甚至造成斷裂等災難性后果。例如，各類傳動軸的彎曲變形、橋式起重機主梁下繞曲或扭曲、汽車大梁的扭曲變形、缸體或變速箱殼等基礎零件發生變形等，相互間位置精度就會道到破壞：當變形量超過允許極限時，將喪失規定的功能。4.零件的變形①金屬的彈性變形彈性變形是指金屬在外力去除后能完全恢復的那部分變形。彈性變形的機理，是晶體中的原子在外力作用下偏離了原來的平衡位置，使原子間距發生變化，從而造成晶格的伸縮或扭曲。因此，彈性變形量很小，一般不超過材料原來長度的0.10％一1.0％。面且金屬在彈性變形范圍內符合虎克定律，即應力與應變成正比。許多金屬材料在低于彈性極限應力作用下會產生滯后彈性變形。在一定大小應力的作用下，試樣將產生一定的平衡應變。但該平衡應變不是在應力作用的一瞬間產生，而需要應力持續充分的時間后才會完全產生。應力去除后平衡變形也不是在一瞬間完全消失，而是需經充分時間后才完全消失。材料發生彈性滯后變形時，平衡應變滯后于應力的現象稱為彈性滯后現象，簡稱彈性后效。曲軸等經過冷校直的零件，經過一段時間后又發生彎陷，這種現象就是彈性后效所引起的。消除彈性后效的辦法是長時間的回火，一般鋼件的回火溫度為300～450℃。在金屬零件使用過程中，若產生超過設計允許的超量彈性變形，則會影響零件正常工作，例如，傳動軸工作時，超量彈性變形會引起軸上齒輪嚙合狀況惡化，影響齒輪和支承它的滾動軸承的工作壽命；機床導軌或主軸超量彈性變形，會引起加工精度降低甚至不能滿足加工精度要求。因此，在機械設備運行中防止超量彈性變形是十分必要的。（1）零件變形的類型塑性變形是指金屬在外力去除后，不能恢復的那部分永久變形。實際使用的金屬材料，大多數是多晶體，且大部分是合金。由于多晶體有晶界的存在，各晶粒位向的不同以及合金中溶質原子和異相的存在，不但使各個晶粒的變形互相阻礙和制約，而且會嚴重阻礙位錯的移動。因此，多晶體的變形抗力比單晶體高，而且使變形復雜化。由此可見，晶粒愈細，則單位體積內的晶界愈多，因而塑性變形抗力也愈大，即強度愈高。金屬材料經塑性變形后，會引起組織結構和性能的變化。較大的塑性變形，會使多晶體的各向同性遭到破壞，而表現出各向異性，也會使金屬產生加工硬化現象。同時，由于晶粒位向差別和晶界的封鎖作用，多晶體在塑性變形時，各個晶粒及同一晶粒內部的變形是不均勻的。因此，外力去除后各晶粒的彈性恢復也不一樣，因而在金屬中產生內應力或殘余應力。另外，塑性變形使原子活潑能力提高，造成金屬的耐腐蝕性下降。塑性變形導致機械零件各部分尺寸和外形的變化，將引起一系列不良后果。例如，機床主軸塑性彎曲，將不能保證加工精度，導致廢品率增大，甚至使主軸不能工作。零件的局部塑性變形雖然不像零件的整體塑性變形那樣明顯引起失效。但也是引起零件失效的重要形式。如鍵連接、花鍵連接、擋塊和銷釘等，由于靜壓力作用，通常會引起配合的一方或雙方的接觸表面擠壓而產生局部塑性變形，隨著擠壓變形的增大，特別是那些能夠反向運動的零件將引起沖擊，使原配合關系破壞的過程加劇，從而導致機械零件失效。②金屬的塑性變形

①工作應力②工作溫度③殘余內應力④材料內部缺陷（2）引起零件變形的原因使用中的零件，變形是不可避免的，因此在進行設備大修時不能只檢查配合面的磨損情況，對于相互位置精度也必須認真檢查和修復，尤其對第一次大修機械設備的變形情況更要注意檢查、修復，因為零件在內應力作用下的變形，通常在12～20個月內完成。

實際生產中，機械零件的變形是不可避免的。引起變形的原因是多方面的，因此減輕變形危害的措施也應從設計、加工、修理、使用等多方面來考慮。在設計時不僅要考慮零件的強度，還要重視零件的剛度和制造、裝配、使用、拆卸、修理等問題。因此要注意正確選材，注意材料的工藝性能。如鑄造的流動性、收縮性、鍛造的可鍛性、焊接的冷裂、機加工的可切削性等。選擇適當的結構，合理布置零部件，改善零件的受力狀況。如避免尖角、棱角，將其改為圓角、倒角，厚薄懸殊的部分可開工藝孔或加厚太薄的部位安排好孔洞位置，把盲孔改為通孔；形狀復雜的零件盡可能采用組合結構、鑲拼結構等。在加工中要采取一系列工藝措施來防止和減少變形。例如對毛坯進行時效處理，以消除其殘余內應力。在制定機械零件加工工藝規程時，要在工序、工步的安排以及工藝裝備和操作上采取減小變形的工藝措施。例如，按照粗、精加工分開的原則，在粗、精加工中間留出一段存放時間，以利于消除內應力。機械零件在加工和修理過程中要減少基準的轉換，盡量保留工藝基準留給維修時使用，減少維修加工中因基準不統一而造成的誤差。對于經過熱處理的零件來說，注意預留加工余量、調整加工尺寸、預加變形非常必要。在知道零件的變形規律之后，可預先加以反向變形量，經熱處理后兩者抵消；也可預加應力或控制應力的產生和變化，使最終變形量符合要求，達到減少變形的目的。加強設備管理，嚴格執行安全操作規程，加強機械設備的檢查和維護，避免超負荷運行和局部高溫。還應注意正確安裝設備，精密機床不能用于粗加工，合理存放備品備件等。機械設備在使用過程中受到種種因素作用，逐漸損壞或老化，以致發生故障甚至失去應有的功能，因此在使用過程中應注意設備工作環境的粉塵、腐蝕情況，以及自然環境因素和設備承受的載荷情況。同時，設備使用過程中的維護與管理水平，在很大程度上決定著設備的故障率。使用過程中的人為因素，包括未遵守制造和修理的技術規程、保管運輸不當、維護保養不當、操作者的技術水平和熟練程度未達到規范等。因此，需要通過建立合理的維修保養制度，制訂技術操作規程，嚴格質量檢驗，加強人員培訓等方法，以消除不利的影響，減少故障發生，延長機器使用壽命。機械設備的狀態監測與故障診斷是指利用現代科學技術和儀器，根據機械設備外部信息參數的變化來判斷機器內部的工作狀態或機械結構的損傷狀況，確定故障的性質、程度、類別和部位，預報其發展趨勢，并研究故障產生的機理。狀態監測與故障診斷技術是近年來國內外發展較快的一門新興學科，它所包含的內容比較廣泛，請如機械狀態量（力、位移、振動、噪聲、溫度、壓力和流量等）的監測，狀態特征參數變化的辨識，機械產生振動和損傷時的原因分析、振源判斷、故障預防，機械零部件使用期間的可靠性分析和剩余壽命估計等，都屬于機械故障診斷的范疇。1.2故障診斷機械設備狀態監測與故障診斷技術是保障設備安全運行的基本措施之一，其實質是了解和掌握設備在運行過程中的狀態，預測設備的可靠性，確定其整體或局部是正常還是異常。它能對設備故障的發展作出早期預報，對出現故障的原因、部位、危險程度等進行識別和評價，預報故障的發展趨勢，迅速地查尋故障源，提出對策建議，并針對具體情況迅速地排除故障，避免或減少事故的發生。從設備診斷技術的起源與發展來看，設備診斷技術的目的應是“保證可靠地、高效地發揮設備應有的功能”。這包含了三點：一是保證設備無故障，工作可靠；二是保證物盡其用，設備要發揮其最大的效益；三是保證設備在將有故障或已有故障時，能及時診斷出來，正確地加以維修，以減少維修時間，提高維修質量，節約維修費用，應使重要的設備能按其狀態進行維修，即視情維修或預知維修，改革目前按時維修的體制。應該指出，設備診斷技術應為設備維修服務，可視為設備維修技術的內容，但它絕不僅限于為設備維修服務，正如前兩點所示，它還應保證設備能處于最佳的運行狀態，這意味著它還應為設備的設計、制造與運行服務。例如，它應能保證動力設備具有良好的抗振、消振、減振能力，具有良好的出力能力等。還應指出，故障是指設備喪失其規定的功能。顯然，故障不等于失效，更不等于損壞，失效與損壞是嚴重的故障。設備診斷技術的最根本的任務是通過測取設備的信息來識別設備的狀態，因為只有識別了設備的有關狀態，才有可能達到設備診斷的目的。概括起來，對于設備的診斷，一是防患于未然，早期診斷；二是診斷故障，采取措施。具體講，設備診斷技術應包括以下五方面內容。①正確選擇與測取設備有關狀態的特征信號。顯然，所測取的信號應該包含設備有關狀態的信息。②正確地從特征信號中提取設備有關狀態的有用信息。一般來講，從特征信號來直接判明設備狀態的有關情況，查明故障的有無是比較難的，還需要根據相關理論、信號分析理論、控制理論等提供的理論與方法，加上試驗研究，對特征信號加以處理，提取有用的信息，才有可能判明設備的有關狀態。③根據征兆正確地進行設備的狀態診斷。一般來講，還不能直接采用征兆來進行設備的故障診斷、識別設備的狀態。這時，可以采用多種的模式識別理論與方法，對征兆加以處理，構成判別準則，進行狀態的識別與分類。顯然，狀態診斷這一步是設備診斷重點所在。當然，這絕不表明設備診斷的成敗只取決于狀態診斷這一步，特征信號與征兆的獲取正確與否，應該是能否進行正確的狀態診斷的前提。④根據征兆與狀態正確地進行設備的狀態分析。當狀態為有故障時，則應采用有關方法進一步分析故障位置、類型、性質、原因與趨勢等。例如，故障樹分析是分析故障原因的一種有效方法，當然，故障的原因往往是次一級的故障，如軸承燒壞是故障，其原因是輸油管不輸油，不輸油是因油管堵塞，后者是因濾油器失效等，這些原因就可稱為第二、三、四級故障。正因為故障的原因可能是次級故障，從而有關的狀態診斷方法也可用于狀態分析。⑤根據狀態分析正確地作出決策。干預設備及其工作進程，以保證設備可靠、高效地發揮其應有功能，達到設備診斷的目的。干預包括人為干預和自動干預，即包括調整、修理、控制、自診斷等。應當指出，實際上往往不能直接識別設備的狀態，因此事先要建立同狀態一一對應的基準模式，由征兆所作出的判別準則，此時是同基準模式相聯系來對狀態進行識別與分類的。故障診斷技術方法有多種分類形式，具體如下：1．功能診斷和運行診斷2．定期診斷和連續監控3．直接診斷和間接診斷4．常規工況診斷和特殊工況診斷5.在線診斷和離線診斷6.精密診斷與簡易診斷

在工業領域普遍存在的振動是衡量設備狀態的重要指標之一，當機械內部發生異常時，設備就會出現振動加劇的現象。振動診斷就是以系統在某種激勵下的振動響應作為診斷信息的來源，通過對所測得的振動參量（振動位移、速度、加速度）進行各種處理，借助一定的識別策略，對機械設備的運行狀態作出判斷，進而對于有故障的設備給出故障部位、故障程度以及故障原因等方面的信息。由于振動診斷具有診斷結果準確可靠，便于實時診斷等諸多優點，因而它成為應用最廣泛、最普遍的診斷技術之一。特別是近年來，隨著振動信號采集、傳輸以及分析用儀器技術性能的提高，更進一步地促進了振動診斷技術在機械故障診斷中的應用。1.2.1振動診斷技術從物理意義上來說，機械振動是指物體在平衡位置附近作往復的運動。機械設備狀態監測中常遇到的振動有：周期振動、非周期振動、窄帶隨機振動和寬帶隨機振動，以及其中集中振動的組合。周期振動和非周期振動屬確定性振動范圍，由簡諧振動及簡諧振動的疊加構成。振幅、頻率和相位是描述機械振動的3個基本要素。描述機械振動的3個特征量是位移、速度和加速度。對于機電設備的振動診斷而言，可測量的幅值參數有位移、速度和加速度。振動測量參數的選擇應考慮振動信號的頻率構成和所關心的振動后果兩方面因素。此外，測量監測點的確定及監測周期的確定都會對診斷結果的準確可靠性產生較大的影響。振動測量的方法很多，從測量原理上課分為機械法、光測法和電測法三大類。目前使用最廣的是電測法，其特點是首先通過振動傳感器將機械運動參數（位移、速度、加速度等）變換為電參量（電壓、電荷、電阻、電容、電感等），然后再對電參量進行測量。振動分析就是將測量獲得的振動信號中含有的與設備狀態有關的特征參數提取出來。振動分析按信號處理的方式不同，分為幅域分析、時域分析和頻域分析。不同的振動信號分析方法可以從不同的角度觀察、分析信號，從而可根據不同需要得出各種信號處理結果。振動診斷常用的儀器有測振傳感器和信號記錄儀器兩大類。其中測振傳感器俗稱拾振器，其作用是將機械振動量轉變為適于電測的電參量。主要有壓電加速度傳感器、電渦流振動位移傳感器。信號記錄儀器是用來記錄和顯示被測振動隨時間的變化曲線或頻譜圖的，記錄振動信號的儀器有光線示波器、電子示波器、磁帶機和數據采集器等。機械故障診斷的結論最終要通過對采集信號的分析處理獲得，用于信號分析與處理的設備分為通用型和專用型兩大類。通用型信號分析與處理設備，是指通用計算機硬件和基于其上的信號分析與處理軟件組成的系統；專用型信號分析與處理設備，則是指除通用型之外的其他各種信號分析與處理設備。一般通用型信號分析與處理設備的各種功能主要是靠軟件實現的，而專用型信號分析與處理設備有部分功能是靠硬件實現的。過去專用型設備在信號分析與處理的速度上具有一定的優勢，但隨著計算機軟硬件技術突飛猛進的發展，這種優勢已不復存在，相反，由于通用型系統能更快地享用計算機技術的最新成果，使得通用型系統不僅具有速度上的優勢，在處理數據的容量等方面也更具優勢。此外，通用型系統還具有組態靈活、造價較低等優點，所以近年來通用型系統發展很快，我國目前研制開發的機械設備故障診斷系統多為基于通用計算機的通用型信號分析與處理系統。

目前，絕大多數信號分析與處理系統，其信號處理的輸出都具有圖形（二維／三維、單色／彩色）輸出功能，使得信號處理的結果更加直觀明了，只是極少數信號分析與處理系統采用數據形式輸出。對大型機械設備或自動化裝配生產線進行狀態監測的的振動監測系統的組成如圖1-2所示。

圖1-2振動監測系統框圖振動監測系統能隨時監督機械設備是否出現異常振動或振級超過規定值，一旦出現，能立即發出警報或自動保護動作，以防故障擴大。長期積累機械設備的振動狀態數據，有助于監測人員對機械故障趨勢做出判斷。多路傳感器及測量放大系統多路數據采集或巡回檢測系統多路顯示儀器設備報警及自動保護裝置溫度是工業生產中的重要工藝參數，它也是機電設備故障診斷與工況監測的一個重要特征量。機電設備運行中產生的許多故障都會引起相應的溫度變化，如潤滑不良造成的機件異常磨損，發動機排氣管阻塞，電氣接點燒壞等均會造成相應部位的溫度升高。一方面，溫度的變化也會對材料的力學、物理性能產生影響，如溫度過高使機械零件發生軟化等異常現象，導致零件性能降低，嚴重時還會造成零件的燒損等。由此可以看出，溫度與機電設備的運行狀態密切相關，因而溫度監測也就在機電設備故障診斷的技術體系中，占有重要位置。1.2.2溫度診斷技術溫度是一個很重要的物理量，它表示物體的冷熱程度，是物體分子運動平均動能大小的標志。溫度用溫標來量度。各種各樣溫度計的數值都是由溫標決定的，有華氏、攝氏、列氏、理想氣體、熱力學和國際實用溫標等。其中攝氏溫標和熱力學溫標最常用。

在機電設備的故障診斷與監測領域，根據測量時測溫傳感器是否與被測對象接觸可將測溫方式分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。其中接觸式測溫是使傳感器與被測對象接觸，讓被測對象與測溫傳感器之間通過熱傳導達到熱平衡，然后根據測溫傳感器中的溫度敏感元件的某一物性隨溫度而變化的特性來檢測溫度的。常用的接觸測量法有熱電阻法、熱電偶法、集成溫度傳感法3種。接觸式測溫儀可以測量物體內部的溫度分布，但對運動體、小目標或熱容量小的測量對象，測量誤差較大。常用的接觸式測溫儀有液體玻璃溫度計、電阻溫度計、熱電偶溫度計等。在工業領域中有許多溫度測量問題用接觸式測量方法無法解決，如高壓輸電線接點處的溫度監測，煉鋼高爐以及熱軋鋼板等運動物體的溫度監測等。19世紀末，根據物體熱輻射原理進行溫度檢測的非接觸式測溫方法問世。但是由于當時感溫元件的材料、制造技術等方面的原因，這種測溫方式只能測量800－900℃的高溫。直到20世紀60年代后，由于紅外線和電子技術的發展，使非接觸式測溫技術有了重大突破，促進了它在工業領域的應用。非接觸式溫度計不會破壞被測對象的溫度場，不必與被測對象達到熱平衡，測溫上限不受限制，動態特性較好，可測運動體、小目標及熱容量小或溫度變化迅速的對象表面溫度，使用范圍較廣泛，但易受周圍環境的影響，限制了測溫的精度。常用的非接觸式測溫儀有光學高溫計、輻射高溫計、紅外測溫儀和熱幅度溫度圖像儀。機械設備中的潤滑油和液壓油在工作中是循環流動的，油中包含著大量的由各種摩擦副產生的磨損殘余物（磨屑或磨粒），這些殘余物攜帶著豐富的關于機械設備運行狀態的信息。油樣分析就是在設備不停機、不解體的情況下抽取油樣，并測定油樣中磨損顆粒的特性，對機器零部件磨損情況進行分析判斷，從而預報設備可能發生的故障的方法。1.2.3油樣分析與診斷技術通過油樣分析，能夠取得以下信息：

1）磨屑的濃度和顆粒大小反映了機器磨損的嚴重程度。

2）磨屑的大小和形貌反映了磨損產生的原因，即磨損發生的機理

3）磨屑的成分反映了磨屑產生的部位，即零件磨損的部位。油樣是油樣分析的依據，是設備狀態信息的來源。采樣部位和方法的不同，會使所采取的油樣中的磨粒濃度及其粒度分布發生明顯的變化，所以采樣的時機和方法是油樣分析的重要環節。為保證所采油樣的合理性，采取油樣時應遵循以下幾條基本原則：

1）應始終在同一位置、同一條件（如停機則應在相同的時間后）和同一運轉狀態（轉速、載荷相同）下采樣；

2）應盡量選擇在機器過濾器前并避免從死角、底部等處采樣；

3）應盡量選擇在機器運轉時，或剛停機時采樣；

4）如關機后采樣，必須考慮磨粒的沉降速度和采樣點位置，一般要求在油還處于熱狀態時完成采樣；

5）采油口和采樣工具必須保持清潔，防止油樣間的交又污染和被灰塵污染，采樣軟管只用一次。油樣采集周期應根據機器摩擦副的特性、機器的使用情況以及用戶對故障早期預報準確度的要求而定。一般機器在新投入運行時，其采樣間隔時間應短，以便于監測分析整個磨合過程；機器進入正常期后，摩擦副的磨損狀態變得穩定，可適當延長采樣間隔。如變速箱、液壓系統等一般每500h采一次油樣；新的或大修后的機械在第一個1000h的工作期間內，每隔250h采一次油樣；油樣分析結果異常時，應縮短采樣時間間隔。采樣的主要工具是抽油泵、油樣瓶和抽油軟管等。油樣分析方法主要有油樣鐵譜分析技術和油樣光譜分析技術。油樣鐵譜分析技術是目前使用最廣泛的潤滑油油樣分析方法。它的基本原理是把鐵質磨粒用磁性方法從油樣中分離出來，然后在顯微鏡下或肉眼直接觀察，通過對磨料形貌、成分等的判斷，確定機器零件的磨損程度。油樣光譜分析技術可以檢測因零件磨損而產生的小于10μm的懸浮細小金屬微粒的成分和尺寸。它的基本工作原理是根據油樣中各種金屬磨粒在離子狀態下受到激發時所發射的特定波長的光譜來檢測金屬成分和含量的。它用特征譜線檢測該種金屬元素是否存在，用特征譜線強度表示該種金屬含量的多少。通過檢測出的金屬元素的種類和濃度，即可推測出磨損發生的部位及其嚴重程度，并依此對相應零部件的工況做出判斷。機器的零部件在制造過程中其內部常常會出現各種缺陷。如鑄鐵件常會有氣孔、縮松以及夾砂、夾渣等現象；鍛件常有燒裂、龜裂現象；型材常見皮下氣孔、夾雜等現象；焊縫則常有裂紋、未焊透、未熔合、夾渣、夾雜、氣孔以及咬邊現象。由于這些缺陷深藏在零部件的內部，因此采用一般的檢測方法很難發現，生產中由此引起的設備故障也很多。無損檢測技術就是針對材料或零部件缺陷進行檢測的一種技術手段。1.2.4無損檢測技術無損檢測是利用物體因存在缺陷而使某一物理性能發生變化的特點，在不破壞或不改變被檢物體的前提下，實現對物體檢測與評價的技術手段的總稱。現代無損檢測技術能檢測出缺陷的存在，并且能對缺陷做出定性、定量評定。由于它獨特的技術優勢，因而在工業領域中得到了廣泛應用。目前用于機器故障診斷的無損探傷方法有50多種，主要包括射線探傷、聲和超聲波探傷（聲振動、聲撞擊、超聲脈沖反射、超聲成像、超聲頻譜、聲發射和電磁超聲等）、電學和電磁探傷、力學和光學探傷以及熱力學方法和化學分析法。其中應用最廣泛的是超聲波探傷法、射線探傷法和磁粉探傷法等。此外，還可以通過檢測機械設備運行時的噪聲來幫助診斷機械故障。機械噪聲的特性主要取決于聲壓級和噪聲頻譜，相應的測量儀器是聲級計（噪聲計）和頻譜分析儀。1.3.1設備維修1.3.2零件修復1.3設備維修與零件修復機械設備在維修時，失效的機械零件大部分是可以修復的，對于磨損失效的零件，可以采用堆焊、電刷、熱噴涂和噴焊等修復技術進行修復；對于機身、機架等基礎件產生的裂紋，可以采用金屬扣合技術進行修復。許多修復技術不僅使失效的機械零件可以重新使用，還可以提高零件的性能和延長使用壽命。在機械設備修理中充分利用修復技術，選擇合理的修復工藝，可以縮短修理時間，節省修理費用，提高效益。

1.3.1設備維修在修復機械零件的損傷缺陷時，可能有幾種修復方法和技術，但究竟選擇哪一種修復方法及技術最好，應考慮以下因素。

1．考慮所選擇的修復技術對零件材質的適應性2．考慮各種修復技術所能提供的修補層厚度3．考慮修補層的力學性能4．考慮機械零件的工作狀況及要求5．考慮生產的可行性6．考慮經濟性為保證機械零件修理質量以及提高生產率和降低成本，需要在零件修理之前擬定零件修理工藝規程。擬定機械零件修理工藝規程的主要依據是零件的工作狀況和技術要求、企業設備狀況和修理技術水平、生產經驗和有關試驗總結以及有關技術文件等。擬定機械零件修理工藝時應注意的問題：1）在考慮怎樣修復表面時，還要注意保護不修理表面的精度和材料的力學性能不受影響。

2）注意有些修復技術（如堆焊）會引起零件的變形。安排工序時應將產生較大變形的工序安排在前面，并增加校正工序，將精度要求高、表面粗糙度值要求小的工序盡量安排在后面。

3）零件修理加工時需預先修復定位基準或給出新的定位基準。

4）有些修復技術可能導致機械零件產生微細裂紋，應注意安排提高疲勞強度的工藝措施和采取必要的探傷檢驗等手段。

5）修復高速運動的機械零件，應考慮安排平衡工序。編制機械零件修理工藝規程的過程如下：1）熟悉零件的材料及其力學性能、工作情況和技術要求；了解損傷部位、損傷性質（磨損、腐蝕、變形、斷裂）和損傷程度（磨損量大小、磨損均勻程度、裂紋深淺及長度）；了解企業設備狀況和技術水平；明確修復的批量。

2）確定零件修復的技術、方法，分析零件修復中的主要問題并提出相應措施。安排修復技術的工序，提出各工序的技術要求、規范、工藝設備、質量檢驗。

3）征詢有關人員意見并進行必要的試驗，在試驗分析基礎上填寫修理技術規程卡片，經主管領導批準后執行。修復技術主要有機械修復技術、焊接修復技術、電鍍修復技術、黏接與黏涂修復技術、熱噴涂與噴焊技術、表面強化技術。1）機械修復法是利用切削加工、機械連接和機械變形等各種機械方法，使失效的機器零件得以恢復的辦法。常用的機械修復技術有修理尺寸法、鑲裝零件法、局部換修法和金屬扣合法。2）利用焊接方法修復失效零件的技術稱為焊接修復技術。用于恢復零件尺寸、形狀，并使零件表面獲得特殊性能熔敷金屬時稱為堆焊。焊接修復技術應用廣泛，可用堆焊修復磨損失效的零件，可以校正零件的變形。它具有焊修質量好、效率高、成本低等特點。但由于焊接方法容易產生焊接變形和應力，一般不宜修復較高精度、薄殼和細長類零件。另外，焊接修復技術的應用受到了焊接時產生的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷及零件焊接性能的影響。但隨著焊接修復技術的進步，它的缺點大部分可以克服。3）電鍍是利用電解的方法，使金屬或合金在零件基體表面沉積，形成金屬鍍層的一種表面加工技術。常用的電鍍修復技術有槽鍍和電刷鍍。4）采用膠黏劑進行連接達到修復目的的技術就是黏接修復技術。黏接技術可以把各種金屬和非金屬零件牢固地連接起來，達到較高的強度要求，可以部分代替焊接、鉚接、過盈連接和螺栓連接。黏接技術操作簡單，成本低廉，黏接層密封防腐性能好，耐疲勞強度高，因此得到廣泛應用。但是黏接技術由于膠黏劑不耐高溫，黏接層耐老化性、耐沖擊性、抗剝離性差等原因，限制了它的應用。5）用高溫熱源將噴涂材料加熱至熔化狀態，通過高速氣流使其霧化并噴射到經過預處理的零件表面，形成一層覆蓋層的過程稱為熱噴涂。將噴涂層繼續加熱，使之達到熔融狀態而與基體形成冶金結合，獲得牢固的工作層稱為噴焊。6）機械零件的失效大多發生于零件表面，機械零件的修復不僅僅要恢復零件表面的形狀和尺寸，還要提高零件表面的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性等性能。采用表面強化技術可以使零件表面獲得比基本材料更好的性能，可以延長零件的使用壽命。在機械設備維修中常用的表面強度技術主要有表面機械強化、表面熱處理強化、激光表面處理和電火花表面強化。習題1.什么是機械設備故障？列舉故障的主要類型。2.故障發生的主要規律是什么？3.零件磨損的主要類型及特點是什么？4.故障診斷技術主要有幾種？各自的特點分別是什么？5.列舉出主要的零件修復技術。第二章電氣系統維修基礎2.1低壓電器元器件2.2電氣故障檢測工具2.3電氣線路的編號方法2.4利用儀表和診斷技術確定故障2.5修復及注意事項2.6知識擴展與應用2.1.1交流接觸器2.1.2繼電器2.1.3.斷路器2.1.4熔斷器2.1.5.主令電器2.1低壓電器元器件1.交流接觸器

交流接觸器主要有四部分組成:

(1)

電磁系統包括吸引線圈、動鐵芯和靜鐵芯；

(2)觸頭系統包括三組主觸頭和一至兩組常開、常閉輔助觸頭,它和動鐵芯是連在一起互相聯動的。(3)滅弧裝置一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；

(4)絕緣外殼及附件,各種彈簧、傳動機構、短路環、接線柱等。

工作原理

當線圈通電時,靜鐵芯產生電磁吸力,將動鐵芯吸合,由于觸頭系統是與動鐵芯聯動的,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運行,觸點閉合,從而接通電源。當線圈斷電時,吸力消失,

動鐵芯聯動部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開,切斷電源。

交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執行控制指令。

主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。

交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。

交流接觸器的動作動力來源于交流電磁鐵，電磁鐵由兩個“山”字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定，在上面套上線圈，工作電壓有多種供選擇。為了使磁力穩定，鐵芯的吸合面，加上短路環。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復位。

另一半是活動鐵芯，構造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點和輔助接點的開短。

20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用斷開電路時產生的電磁力，快速拉斷電弧，以保護接點。

交流接觸器制作為一個整體，外形和性能也在不斷提高，但是功能始終不變。無論技術的發展到什么程度，普通的交流接觸器還是有其重要的地位。電氣控制動畫資源\1.3(接觸器).swf接觸器（KM）接線端子名稱

線圈：A1/A2

主觸點：L1

/T1，L2/T2，L3/T3輔助常開：NO（normally

open）輔助常閉：NC（normally

close）繼電器繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號轉化為電磁力或使輸出狀態發生階躍變化，從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器件或裝置動作的一種控制元件。它用于各種控制電路中進行信號傳遞、放大、轉換、聯鎖等，控制主電路和輔助電路中的器件或設備按預定的動作程序進行工作，實現自動控制和保護的目的。常用的繼電器按動作原理分有電磁式、磁電式、感應式、電動式、光電式、壓電式、熱繼電器與時間繼電器等。按激勵量不同分為交流、直流、電壓、電流、中間、時間、速度、溫度、壓力、脈沖繼電器等。熱繼電器（FR）熱繼電器是電流通過發熱元件加熱使雙金屬片彎曲，推動執行機構動作的電器。主要用來保護電動機或其它負載免于過載以及作為三相電動機的斷相保護

，會用萬用表打熱繼電器的通斷。電氣控制動畫資源\rejidianqi(熱繼電器).swf中間繼電器（KA）所謂中間繼電器就是用于繼電保護與自動控制系統中，以增加觸點的數量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數量比較多。新國標對中間繼電器的定義是K，老國標是KA。

中間繼電器作用是用來傳遞信號或同時控制多個電路，也可直接用它來控制小容量電動機或其他電氣執行元件，它的結構和交流接觸器基本相同，只是電磁系統小些，觸點多些。

繼電器的工作原理是當某一輸入量(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等)達到預定數值時，使它動作，以改變控制電路的工作狀態，從而實現既定的控制或保護的目的。在此過程中，繼電器主要起了傳遞信號的作用。比如GSK980TDc機床中用中間繼電器KA7,KA8做電壓轉化（直流24V轉交流110V）。時間繼電器是一種利用電磁原理或機械動作原理實現觸點延時接通或斷開的自動控制電器。它廣泛用于需要按時間順序進行控制的電氣控制線路中。(1)基本機構時間繼電器一般的結構是電磁系統、延時機構和觸點系統三部分組成。(2)工作原理線圈通電時，由于延時機構的作用，銜鐵緩慢吸合，觸點延時動作，延時的時間即時間繼電器設定的時長。隨著電子技術的發展，電子式時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產品，采用大規模集成電路技術的電子智能式數字顯示時間繼電器，具有多種工作模式，不但可以實現長延時時間，而且延時精度高，體積小，調節方便，使用壽命長，使得控制系統更加簡單可靠。時間繼電器3.斷路器（QF）低壓斷路器又稱自動開關或空氣開關。它相當于刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關作用又能自動進行欠壓、失壓、過載和短路保護的電器。斷路器的動、靜觸頭及觸桿設計成平行狀，利用短路產生的電動斥力使動、靜觸頭斷開，分斷能力高，限流特性強。

．短路時，靜觸頭周圍的芳香族絕緣物氣化，起冷卻滅弧作用，飛弧距離為零。斷路器的滅弧室采用金屬柵片結構，觸頭系統具有斥力限流機構，因此，斷路器具有很高的分斷能力和限流能力。

．具有復式脫扣器。反時限動作是雙金屬片受熱彎曲使脫扣器動作，瞬時動作是鐵芯街鐵機構帶動脫扣器動作。脫扣方式有熱動、電磁和復式脫扣3種。.空氣開關內部比較精密，原理卻甚為簡單。它在入線和出線間串了個10幾20圈的電感，電流足夠時吸合帶動機械杠桿而動作保護。比較安全又不用換保險，是很好的推薦。自動空氣開關也稱為低壓斷路器，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網中一種重要的保護電器。

自動空氣開關具有多種保護功能(過載、短路、欠電壓保護等)、動作值可調、分斷能力高、操作方便、安全等優點，所以目前被廣泛應用。低壓斷路器的結構

自動空氣開關工作原理圖

低壓斷路器的工作原理圖

1-主觸點

2-自由脫扣機構

3-過電流脫扣器

4-分勵扣器脫

5-熱脫扣器

6-欠電壓脫扣器

7-停止按鈕

自動空氣開關的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。當電路發生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動作，主觸點斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器的熱元件發熱使雙金屬片上彎曲，推動自由脫扣機構動作。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構動作。分勵脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要距離控制時，按下起動按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構動作，使主觸點斷開。塑殼式低壓斷路器的選用塑殼式低壓斷路器常用來作配電電路和電動機的過載與短路保護。選擇原則是：1）斷路器額定電壓等于或大于線路額定電壓。2）斷路器額定電流等于或大于線路或設備額定電流。3）斷路器通斷能力等于或大于線路中可能出現的最大短路電流。4）欠壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。5）分勵脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。6）長延時電流整定值等于電動機額定電流。7）瞬時整定電流：對保護籠型感應電動機的斷路器，瞬時整定電流為8~15倍電動機額定電流；對于保護繞線型感應電動機的斷路器，瞬時整定電流為3~6倍電動機額定電流。8）6倍長延時電流整定值的可返回時間等于或大于電動機實際起動時間。型號及含義舉例GSK980TDc數控機床選用的是正泰的空開，所以以正泰的型號為例，型號的具體含義如下：熔斷器（FU）熔斷器用途熔斷器是一種當電流超過規定值一定時間后,以它本身產生的熱量使熔體熔化而分斷電路的電器.廣泛應用于低壓配電系統及用電設備中作短路和過電流保護。熔斷器的選擇原則熔斷器的選擇原則1）根據使用條件確定熔斷器的類型；2）首先選定熔體的規格，然后再根據熔體去選擇熔斷器的規格；3）熔斷器的保護特性應與被保護對象的過載特性有良好的配合；4）在配電系統中，各級熔斷器應相互匹配，一般上一級熔體的額定電流要比下一級熔體的額定電流大2至3倍；5）對于保護電動機的熔斷器，應注意電動機起動電流的影響。熔斷器一般只作為電動機的短路保護，過載保護應采用熱繼電器。6）熔斷器的額定電流應不小于熔體的額定電流；額定分斷能力應大于電路中可能出現的最大短路電流。按鈕是常見的電氣元件，按下按鈕，觸點動作，松開按鈕，觸點復位。一般按鈕上有一組常開，一組常閉觸點。

控制按鈕行程開關又稱限位開關，能將機械位移轉變為電信號，以控制機械運動。種類按運動形式分為直動式、轉動式；按結構分為直動式、滾動式、微動式。

行程開關的內部結構和按鈕是類似的，只是適用場合不一樣.行程開關接近開關是一種非接觸式的檢測裝置，能檢測金屬物或非金屬物（僅對光電式接近開關）存在與否，只要當運動的物體接近它一定距離時就能發出接近信號，以控制運動物體的位置。接近開關不等于行程