机械故障诊断与维修

第一章

1.故障的定义

产品丧失规定的功能称为失效，对可修复的产品也称为故障。

2.故障的分类

1. 按故障形成的时间规律分类

（1）渐发性故障（磨损故障）（2）突发性故障

2. 按故障因果关系分类

（1）功能故障：指一个产品不能满足规定性能标准的现象。

①完全丧失功能。②达不到规定的性能水平。

（2）潜在故障：是一种能指示功能故障即将发生的可以鉴别的实际状态。

3. 按故障影响后果分类

汽车故障分类：致命故障严重故障一般故障轻微故障。

3.造成故障的结构因素

1. 机械结构因素

（1）连接件配合性质的破坏

①动配合件间隙的增大。②静配合件的减弱。

（2）零件间相互位置关系的破坏

由于零件的磨损或变形造成：

①零件本身各工作面之间相互关系破坏。②不同零件之间相互关系破坏。（3）机构工作协调性的破坏

2. 导致结构因素改变的能量因素

能量因素导致零件出现缺陷，零件缺陷导致机器故障。

①周围介质能量：环境、负荷，与操作有关。

②机器运行的部能量：热能、动能。

③材料潜伏能量：应力，与制造、装配有关。

4.可靠性、无故障性、耐久性的定义

可靠性：机械产品在规定的条件下，在规定的时间，无故障地完成其规定功能的能力。

无故障性——产品在一定时间连续不断地保持工作能力的性能。

耐久性——产品在达到报废之前（使用期间按规定进行维修），保持其工作能力的性能。

5.维修的概念

对于可修复产品，从寻找、发现故障部位起，到修理、安装、调整、复原、试验、恢复正常工作状态的全过程。

6.可靠性设计和最佳可靠度

可靠性设计：从经济观点在可靠性和维修性之间求平衡，获得最佳可靠度。

制造费用与维修费用之和的最小值所对应的R(t) 即为最佳R(t)。

7.磨损的概念

故障表现形式：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀等。

磨损：机械设备在工作过程中，相对运动零件的表面上发生尺寸、形状、表面质量变化的现象。

8.磨料磨损的概念

磨料磨损：由于摩擦副的一个表面存在硬的凸起部分，或者两个表面之间存在硬质颗粒，在发生相对运动时，表面被挤压或刮削而破坏。

9.黏着磨损的机理

摩擦副表面产生高温，材料表面强度降低，承受高压力的表面凸起部分相互黏着（溶合），在相对运动中被撕裂，使材料从强度低的表面转移到强度高的表面。

后果：摩擦副咬死或划伤。

10.疲劳磨损的概念及特点

定义：摩擦副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，由于裂纹扩展而分离

出微片和颗粒的磨损形式。

特点：经过一定次数（临界次数）的循环接触应力作用才发生。

11.疲劳断裂的概念

指零件在经历反复多次的应力或能量循环作用后才发生的断裂。

12.腐蚀的分类和条件

1. 金属零件的化学腐蚀

金属和和外部介质直接起化学作用。如高温氧化、在非水溶液中腐蚀。

条件：金属表面只要存在腐蚀介质，就可能遭到腐蚀。

2. 电化学腐蚀

金属在酸、碱、盐的水溶液中发生的腐蚀。

产生的条件：（1）存在电解质（2）存在电位差

13.变形的定义和分类

定义：由于受力的作用，使零件的尺寸或形状产生改变的现象。

（1）弹性变形：指金属在外力去除后能完成恢复的变形。

变形量小，应力与应变成正比（符合虎克定律）。

滞弹性变形：当应力低于金属弹性极限时，持续充分时间以后才变形。应力去除后，经过充分时间才恢复（简称弹性后效）。

（2）塑性变形：指金属在外力去除后，不能恢复的永久变形。

会引起组织结构和性能的变化——产生加工硬化现象、残余应力、耐腐蚀性下降等。

第二章

1.机械故障规律

指故障率与使用时间的关系

故障率变化：早期故障期、偶然故障期、磨损故障期。

1. 早期故障期在产品使用初期。

特点：故障率较高，随工作时间增加而下降。

故障原因：由于设计、制造、安装、调试等存在偏差。

需要认真磨合、调试，尽量降低早期故障率。

2. 偶然故障期是产品的有效寿命期。

特点：故障率低而且稳定。

故障原因：（1）偶然因素——材料缺陷、操作失误、环境不利等，与使用时间关系不大。

（2）零件早期损耗——各零件寿命有长有短

3. 磨损故障期在使用时间较长以后。

特点：故障率明显上升。

故障原因：零件磨损到一定程度，有的零件接近失效或已经失效。

2.配合件磨损规律，如何指导使用和维修

配合件磨损规律：表示配合件的磨损与使用时间的关系。

3.使用极限、允许极限

使用极限指产品尚未达到损坏或不能工作状态，但继续使用，可靠性将降低到不能允许的程度。

?是能否正常使用的界限。

?达到此极限时，磨损急剧增加、性能急剧恶化，必须修理。

允许极限指产品在下次保养或修理之前还能继续维持正常可靠工作，不超出使用极限的状态。

?是立即修理还是下次修理的界限。

?用来判断能否继续工作一个修理间隔期，取决于维修制度。

4.大修、小修的定义、容、要达到的标准

大修：是全面彻底的恢复性修理。

要求：对整机拆卸检查，修复或更换已磨损的零部件，对基础件进行全面修理。

容：恢复组合件的配合间隙或紧度、基础件的尺寸链、零部件之间的相互位置精度。

修复后进行磨合、试验、调整、试运转。

大修后的机器，其各项性能指标要达到或接近新机器的标准。

小修：是局部性（平衡性）修理。

目的：恢复机器局部部位的工作能力，使各总成之间的工作能力相互适应，使整机达到平衡。

容（以汽车拖拉机为例）：对发动机进行拆卸、检查与调整，修复或更换磨损的零件.

对底盘只进行检查与调整，必要时局部拆卸，更换或修复已磨损的零部件。

小修后的机器要恢复到正常的技术状态。

5.机械维修方式的分类及概念

维修方式包括：

维修容、维修时间——保证机器设备的可靠性和正常技术状态。

维修原则——使各项维修工作既适用、有效，又合理、经济。

一、事后维修机器设备发生故障停机后再进行修理。

二、定期维修按预订的时间间隔或检修周期来进行计划修理。

三、视情维修不规定修理周期，而是定期或连续地进行对机械设备进行状态监测，根据监测结果、故障发展趋势，在必要时进行修理。

6.计划预防维修制度的特点

按时保养，定期检查，计划修理。

以机器主要零部件磨损规律为基础，决定修理类别、间距、容。

特点：计划——找出合理的使用期限（修理间距）。

预防——在发生故障前，即在零部件磨损达到极限值以前进行修理。

第五章

1.机械故障诊断的概念

故障诊断：用不拆卸情况下便于测知的参数来间接推断机械的技术状态，判断是否存在故障（包括已显现的和潜在的故障）、推算剩余寿命、预报故障趋势。

2.振动诊断如何判断故障，测量哪些参量

振动诊断就是通过对机器外部振动测量来诊断机器部的毛病。

通过对实测振动信号的分析处理，借助一定的诊断策略，判断所测对象的运行状态。

振动幅度分析——是否有故障？

振动频率分析——故障在哪？

参量：按振动频率选择——低频振动测位移，中频振动测速度，高频振动测加速度。

不正常的振动信息，频率围一般超过1kHz，高频信息非常重要，因此加速度值和频率是重要的参数。

振动幅值——测速度、加速度时采用有效值，反映振动能量大小。测量变形时采用位移峰值，反映瞬时情况。

3.渗透检测的原理

用荧光渗透液或者着色渗透液来显示放大的缺陷痕迹，从而能用肉眼检查零件表面的开口缺陷。

4.磁粉检测的原理

把有横向裂纹的强磁性材料（钢铁）进行磁化处理，在裂纹处由于磁性不连续而呈现磁极，撒上

磁粉，裂纹处吸附磁粉而显示缺陷。

第六章

1.铸铁焊接的特点

(1)产生裂纹

?施焊时存在加热和冷却过程。

?焊区体积膨胀和收缩，受到周围未加热区的阻碍，产生拉应力，超过铸铁的抗拉强度时，产生裂纹。

?在焊接过程和焊后冷却过程都可能发生。

(2)产生白口

?白口铁：铸铁中的碳以渗碳体（Fe3C）形式存在。

?焊区冷却时向周围传热快、冷却速度快，碳来不及石墨化，形成渗碳体。

?白口铁的机械性能很差：

?塑性接近零，脆性大，

?硬度高，焊后不能加工。

(3)产生气孔和夹渣

?产生气孔的原因：焊区有油污、碳燃烧，产生CO气体，焊条药皮含水份，产生氢气，冷却时来不及排出。

?产生夹渣的原因：铸铁含硅（Si）高，在高温下，硅与氧化合形成难熔氧化物SiO2 。2.什么是热焊法

焊前将工件预热，在热状态下焊接，焊后保温缓冷。

减小焊区与周围的温度差，以减小热应力和收缩应力，避免引起裂纹。

冷却时间长，有利于石墨析出，防止出现白口。

3.什么是冷焊法，冷焊的工艺规

不预热或局部低温预热，采用电弧焊。

必须选择合适的电焊条和工艺措施，才能保证焊接质量。

(a) 准备工作：

清洁工件表面、钻止裂孔，开坡口（与气焊的要求一样）

烘烤焊条，使药皮干燥，在200℃烘烤2 h 。

(b) 焊接规：

采取控制发热量的措施。

减小热应力，防止产生裂纹；

减小熔深，避免母材元素向焊缝过渡而产生白口。

规选择：

采用细焊条、小电流、短电弧；

采取短段、断续、分散焊；

每焊一段，用尖锤敲击焊缝，消除应力、气孔；

厚件采用多层焊。

第十章

1.气缸圆柱度、圆度的检测及处理方案

气缸圆柱度测量：磨损最大部位尺寸底端未磨损部位尺寸

计算

极限值：汽油机0.175~0.250mm ，柴油机0.10mm 。

达到或超过此值，应进行镗缸、磨缸。

圆度测量三个位置：磨损最大处（活塞在上止点时第一道活塞环位置）

气缸中部 下部磨损最小处。

每个截面测量纵横两个方向。

计算圆度误差：在同一截面上，互相垂直的两直径之差的 1/2

极限值： 汽油机0.050~0.063mm 柴油机0.050~0.075mm

达到或超过此值，应进行镗缸、磨缸。

2.修理尺寸法

? 用机械加工的方法对配合件中的某一个零件改变尺寸（加大或缩小），恢复原来的形状精度和表面粗糙度，并更换与之相配合的零件，恢复正确的配合。

? 只考虑恢复配合性质，允许加工后的尺寸（修理尺寸）与原来的标准尺寸不同。

? 对易损零件，国家制订了修理尺寸标准，并且由配件厂供应修理尺寸的配件。

3.气缸修理尺寸的确定

? 在气缸标准直径上，每加大0.25mm 为一级，分为6级。

? 不同型号的发动机，允许加大的级数不同。

? 修理尺寸：

D x ≥ D max + X

? D max ——磨损最大气缸的最大直径（mm ）

? X —— 以直径计算的加工余量（mm ）

一般为0.1~0.2mm （包括镗缸和磨缸的余量）

4.曲轴裂纹的处理方案

2

端未磨损部位尺寸磨损最大部位尺寸－底圆柱度误差＝

处理：轴颈轴向裂纹，未裂至两端圆角处或油孔处时，允许使用。

轴颈横向裂纹，浅裂纹经过磨削能消除的，允许磨削修复，裂纹深的应予更换曲轴。5.曲轴轴颈磨损的检测及处理方案

圆柱度误差：

测量：磨损最大部位的最小直径磨损最小部位的最大直径

计算：圆柱度误差＝直径差值的1/2

处理：圆柱度误差＞0.0125mm时，应进行磨削。

其它表面损伤：擦伤、起槽、烧蚀等，可通过观察发现。

处理：小修时，对轴颈的较轻的表面损伤，可手工修磨。

6.曲轴修理尺寸的确定

?在轴颈标准直径上，每缩小0.25mm 为一级。

?不同发动机允许缩小量不同，最大缩小量不超过1.5mm。

?修理尺寸：

D x ≤D min －X

?D min ——轴颈磨损最大部位的最小直径（mm）

?X——以直径计算的加工余量（mm），取0.1~0.2mm

7.为什么要磨合

零件表面有加工痕迹、表面存在几何形状误差和相互位置误差。摩擦表面实际接触面积极小，单位面积承载压力很大。如直接投入负荷运转，将剧烈磨损。

磨合的目的：

防止破坏性磨损。以最小的磨损量和最短的磨合时间，改善零件表面的几何形状，消除

安装偏差，建立起适合于工作条件要求的配合表面。

8.什么是磨合

配合件靠相互运动进行精细加工的过程。

9.怎样磨合

在良好的润滑条件下，先低转速、无负荷运转，然后逐渐提高转速和负荷，直到额定工况。10.发动机的磨合工艺

(1)磨合前的准备

?将发动机安装到试验台上。

?加磨合用机油，检查无漏水、漏油。

(2)发动机的冷磨合

?用试验台带转发动机。

?无压缩冷磨合：不装喷油器（或火花塞）。

?有压缩冷磨合：装上喷油器（或火花塞）。

?冷磨合结束后，换机油，清洗油底壳和机油粗滤器，检查和调整气门间隙、供油提前角。

(3)发动机的热磨合

?启动发动机。

?无负荷热磨合：控制转速由低到高。

?有负荷热磨合：保持规定的转速，逐渐增加扭矩。