《故障理论概述》PPT课件.ppt
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1、第一章 故障理论概述,Contents,概念,1,故障特征量的描述,2,故障理论和规律,3,故障诊断简介,4,第一章 故障理论概述第一节 概 念 一、定义故障是指整机或零部件在规定的时间和使用条件下不能完成规定的功能,或各项技术经济指标偏离了它的正常状况。例如:某些零部件损坏、磨损超限、焊缝开裂,螺栓松动,使工作能力丧失;发动机的功率降低;,故障通常是指可以排除的障碍,即指可以修复的失效。,对于故障,应明确以下几点:(1)规定的对象 它是指一台单机、或由某些单机组成的系统、或机械设备上的某个零部件。不同的对象在同一时间将有不同的故障状况。例如,在一条自动化流水线上,某一单机的故障足以造成整个系
2、统功能的丧失。(2)规定的时间 发生故障的可能性随时间的延长而增大。时间除了直接用年、月、日、时等作单位外,还可用机械设备的运转次数、里程、周期作单位。例如:车辆等用行驶的里程;齿轮用它承受载荷的循环次数等。,(3)规定的条件 这是指机械设备运转时的使用维护条件、人员操作水平、环境条件等。不同的条件将导致不同的故障。(4)规定的功能它是针对具体问题而言,例如:同一状态的车床,进给丝杠的损坏对加工螺纹而言是发生了故障。但对加工端面来说却不算故障。(5)一定的故障程度 即应从定量的角度来估计功能丧失的严重。故障的定义“故障是不合格的状态”。,二、模式1、定义 机械设备的故障必定表现为一定的物质状况
3、及特征,它们反映出物理、化学的异常现象,并导致功能的丧失。这些物质状况的特征称故障模式,需要通过人的感官或测量仪器得到,相当于医学上的“病症”。,2、故障模式分类1)属于机械零部件材料性能方面的故障:包括疲劳、断裂、裂纹、蠕变、过度变形、材质劣化等。2)属于化学、物理状况异常方面的故障:包括腐蚀、油质劣化、绝缘绝热劣化、导电导热劣化、溶融、蒸发等。3)属于机械设备运动状态方面故障:包括振动、渗漏、堵塞、异常噪声等4)多种原因的综合表现:如磨损等此外还有配合件的间隙增大或过盈丧失、固定和紧固装置松动与失效等。,三、性质1、层次性:机械设备可以分为若干个层次,不同层次会出现相应的故障。2、相关性:
4、某层次发生故障时,相关的层次也可能发生故障,不同层次也可能出现故障3、延时性;故障的产生、传播和恶化都需要时间,且随时间的延长而延长。4、不确定性:发生时间、现象等具有不确定性。5、修复性:多数故障是可以修复的,包括更换。,四、分类 临时性故障 永久性故障 一、临时性故障它多半由机械设备的外部原因引起的。例如:工人误操作、气候变化运输条件中断、环境设施不良等造成。当这些外部干扰消除后运转即可正常。但临时性故障能导致永久性故障。,二、永久性故障(一)按故障发生时间分 1早发性故障 由于机械设备在设计、制造、装配、安装、调试等方面存在问题引起的。2突发性故障这是由于各种不利因素和偶然的外界影响因素
5、共同作用的结果。故障发生的特点是具有偶然性和突发性,事先无任何征兆一般与使用时间无关,难以顶测。例如;因润滑油中断而使零件产生热变形裂纹;因使用不当或出现超负荷引起零件折断;困各参数达到极限值而引起零件变形和断裂等。,3渐进性故障 因机械设备技术特性参数的劣化过程,包括腐蚀、磨损、疲劳、老化等。逐渐发展而成的。特点是故障发生的概率与使用时间有关,设备有效寿命的后期表现出来。故障一经发生,就标志着寿命的终结。大部分机械设备的故障都属于这一类。,4复合型故障故障包括上述故障的特征,其故障发生的时间不定。机械设备工作能力耗损过程的速度与其耗损的性能有关。例如(1)零件内部存在着应力集中,当受到外界作
6、用的最大冲击后,继续使用就可能逐渐发生裂纹;(2)摩擦副的磨损过程引起渐进性故障,而外界的磨粒会引起突发性故障。,(二)按故障表现形式分 1功能故障 机械设备应有的工作能力或特性降低,不能工作,即丧失了它应有的功能,称功能故障。这类故障可通过操作者的直接感受或测定其输出参数而判断。例如关键零件坏了、精度丧失、传动效率降低,速度达不到标准值,使整机不能工作;生产率达不到规定的指标等。,2潜在故障故障逐渐发展,但尚未在功能方面表现出来,却又接近萌发的阶段。当这种情况能够鉴别时,即认为也是一种故障现象,称潜在故障。例如零件在疲劳破坏过程中,其裂纹的深度接近于允许的临界值时,便认为存在潜在故障。,(三
7、)根据故障产生的原因分1人为故障由于在设计、制造、大修、使用、运输、管理等方面存在问题,使机械设备过早地丧失了它应有的功能,称人为故障。分为:错用性故障,这是指机械设备没有按照原设计规定的条件运转,超载、超速、超时,工作条件发生未料及的恶化等原因导致的故障。固有薄弱性故障,它来源于机械设备本身,如设计不当、制造工艺差、材料低劣等,是固有薄弱性环节构成故障隐患或故障诱发因素。,2自然故障机械设备在其使用和保有期内,因受到外部或内部各种不同的自然因素影响而引起的故障都属于自然故障。例如正常情况下的磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变、老化等损坏形式。,(四)按故障造成后果分 1致命故障导致人身伤亡,引起机
8、械设备报废或造成重大经济损失的故障。例如机架或机体断离、车轮脱落、发动机总成报废等。2严重故障 指严重影响机械设备正常使用,在较短的有效时间内无法排除的故障。例如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体裂纹、齿轮损坏等。,3一般故障 明显影响机械设备正常使用,在较短的有效时间内可以排除的故障。例如传动带断裂、操纵手柄损坏、板金件开裂或开焊、电器开关损坏等。4轻度故障 轻度影响机械设备正常使用,能在日常保养中用随机工具轻易排除的故障。如轻微渗漏、一般紧固件松动等。,第二节 故障特征量的描述,一、故障概率 1、特点:(1)机械设备发生故障的可能性也随时间的推迟而增大,它是时间的函数。(2)故障发生具有随机性,都
9、很难预料它的确切发生时间,因而故障可用概率表示。(3)单位时间内发生故障的概率。它是单调增函数。,2.故障概率公式 F(t)故障概率 f(t)故障概率分布密度函数;t时间。当T=o时,即F(0)=0 当T=时,即F()=l,机械设备在规定的条件下和规定的时间内不发生故障的概率称无故障概率,用R(t)表示。显然,故障概率与无故障概率构成一个完整事件组,即F(t)+R(t)=l,二、故障率1、概念故障率是指在每一个时间增量里产生故障的次数,或在时间f之前尚未发生故障,而在随后的时间内可能发生故障的条件概率,用(t)表示,2、分类 根据不同的变化规律,故障率可分为四种类型。(1)常数型(2)负指数型
10、(3)正指数型(渐增型)(4)浴盆曲线型,1)常数型 故障率基本保持不变,它不随时间而变化。此时的机械设备或零部件均未达到使用寿命,不易发生故障。但因某种原因也会导致发生故障,且有随机性。在加强维护保养的情况下将随时排除故障,因此故障率很小。这是最常见的一种类型,见图12所示。,2负指数型 又称渐减型。由于使用了质量粗劣的零件,或制造中工艺疏忽,或装配质量不高,还有设计、保管、运输、操作等方面的原因,使机械设备投人运转的初期故障率很高早期故障期。随着时间的推移,经过运转、磨合、调整,故障逐个暴露,排除后,故障率由高逐渐降低,并趋于稳定,成为负指数型故障率曲线,如图13所示。,3正指数型 又称渐
11、增型。机械设备或零部件随着时间的增长,逐渐发生磨损、腐蚀等,故障急剧增多,其故障率曲线是正指数型。渐进性故障的故障率属于这种类型,见图1-4。,4浴盆曲线型 浴盆曲线型是最常见的一种故障率类型 1)早期故障期量 设备安装试车后,经过磨合、调整将正常工作阶段。若进行大修或技术改造后,早期故障期将再次出现。2)随机故障期 是机械设备的最佳工作期。3)耗损故障期,为两次大修间的正常工作时间。在这一时期出现前进行预防维修,或在这一时期刚出现时就进行小修,防止故障大量出现,降低故障率和减少维修工作量。,三、平均故障间隔时间(MTBF)1、定义:修复的机械设备和零部件在相邻两次故障间隔内正常工作时的平均时
12、间。2、例题:某机械设备第一次工作了1000h后发生故障,第二次工作了2000h后发生故障,笫三次工作到2400h之后又发生故障,则该机械设备平均故障间隔时间为(1000+2000+2400)h3=1800h 3、意义 平均故障间隔时间越长,说明愈可靠。,四、平均无故障工作时间(MTTF)零件从开始使用到发生故障的平均时间,也称平均无故障时间。它与平均故障间隔时间的数学表达式和计算方法相同,故称平均寿命。,第三节 故障理论,一、故障理论内容和组成 故障理论揭示了机械设备在使用过程中的运动规律,它包括故障统计分析即故障宏观理论和故障物理分析即故障微观理论。,(一)故障统计分析1、特点:故障统计分
13、析可以对机械设备的结局作出规律性的大致描述,提供信息,反映主要故障问题,但不能揭示事物的根本性质。2、组成:故障统计分析包括故障的分类、故障分布和特征量,故障的逻辑决断等,(二)故障物理分析1、内容 以机械设备在各种不同使用条件下发生的各种故障为研究对象,用先进的测试技术和理化方法从微观和亚微观的角度分析研究故障从发生、发展到形成的过程,故障的机理、形态、规律及其影响因素。,2、组成故障物理分析包括故障机理和故障形态两个方面。(1)故障机理是研究机械设备发生故障的原因及其发展规律,即劣化理论。一般表现为断裂、磨损、变形、疲劳、腐蚀和氧化等。(2)故障形态的研究,是把故障机理和故障分析的研究,归
14、结到故障的具体形态、类型和模式上。在大量统计和分析研究的基础上,用故障单元的外部特征作为判断故障内在联系的依据,具有鲜明的直觉感。,二、故障规律从机械设备使用者的角度出发,对于曲线表示的早期故障率,由于出厂前已进行了调整,可认为已基本消除,不必考虑;随机故障通常容易排除,且一般不决定机械设备的寿命,唯有耗损故障才是影响有效寿命的决定性因素,因而是主要研究对象。三、故障产生的主要原因及主要内容故障产生的主要原因及主要内容见表1-2。,四、影响因素1设计规划 在设计规划中,应对机械设备未来的工作条件有准确估计,对可能出现的变异有充分考虑。设计方案不完善,设计图样和技术文件的审查不严是产生故障的重要
15、原因。2材料选择 在设计、制造和维修中,都要根据零件工作的性质和特点正确选择材料。材料选用不当、或材质不符合标准规定。或选用了不适当的代用品是产生磨损、腐蚀、过度变形、疲劳、破裂、老化等现象的主要原因。,3制造质量 零件在铸、锻、焊、热处理和切削加工过程中积累了应力集中、局部和微观的金相组织缺陷、微观裂纹等。这些缺陷往往在工序检验时容易被疏忽。零件制造质量不能满足要求是机械设备寿命不长的重要原因。4装配质量首先要有正确的配合要求,配合间隙的极限值包括装配后经过磨合的初始间隙。初始间隙过大,有效寿命期就会缩短。装配中各零部件之间的相互位置精度也很重要,若达不到要求,会引起附加应力等后果,加速失效
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