bd半岛·体育官网第一章机械设备维修的基本概念• 机器的各个组成部分或零件间配合的破坏是机器故障产生的最显著表 象，而这主要是由于机件过早磨损的结果。因此，研究机器故障应首 先研究典型零件及其组合的磨损。磨损的定义就广义来说，系某种固 体之一部分(包括从原子大小到固体粒子大小的东西)因摩擦被除掉的 减量现象。
• 3.影响机械磨损的因素及降低磨损的措施 • (1)润滑。在两摩擦表面间充以润滑油，可大大减小摩擦系数，从而
促使摩擦阻力减小，使机械磨损减低。故机器的运转有无润滑油以及 正确选择润滑材料，合理制定润滑制度以及加强润滑管理都是很重要 的，它对机器的使用寿命影响很大。
• 由上可知，自然磨损是不可避免的。因此，我们的任务就是要对机件 采取措施，提高机件的强度和耐磨性能，改善机件的工作条件，特别 是对机件进行良好的润滑和维护，从而减小磨损强度，达到延长机器 使用寿命的目的。
• 据估计，世界上的能源消耗中约有1/3 ~1/2是由于摩擦和磨损造 成的，一般机械设备中约有80%的零件因磨损而失效报废。摩擦是 不可避免的自然现象，磨损是摩擦的必然结果，二者均发生于材料表 面。磨损是一种微观和动态的过程，在这一过程中，零件不仅发生外 形和尺寸的变化，而且会发生其他各种物理、化学和机械的变化。
存在着硬的颗粒，或者这个颗粒嵌入两个摩擦面的一个面里，在发生 相对运动后，使两个表面中某一个面的材料发生位移而造成的磨损称 为磨料磨损。在农业、冶金、矿山、建筑、工程和运输等机械中许多 零件与泥沙、矿物、铁屑、灰渣等直接摩擦，都会发生不同形式的磨 料磨损。据统计，因磨料磨损而造成的损失，占整个工业范围内磨损 损失的50%左右。
• (3)磨料以某种速度较自由地运动，并与摩擦表面相接触。磨料的摩 擦表面的法向作用力甚小，如气(液)流携带磨料在工作表面作相对运 动时，零件表面被擦伤，这种磨损称为低应力磨损。如烧结机用的抽 风机叶轮、矿山用泥浆泵叶轮等的磨损都属于低应力磨料磨损。
• 1.1 机器的磨损规律 • 1.2 机械零件常见磨损类型 • 1.3 金属零件的断裂 • 1.4 机械零件的变形
• 在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原 因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的 关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机械设备越复杂， 引起故障的原因越多样化，一般认为是机械设备自身的缺陷(基因)和 各种环境因素的影响。机械设备自身的缺陷是由材料存在缺陷和应力、 人为差错(设计、制造、检验、维修、使用、操作不当)等原因造成的。 环境因素主要指灰尘、温度、有害介质等而这两大造成故障的因素都 可能引起设备的磨损。
• 磨损的存在，对我们有有害的一面，如辊道、剪断机的剪刃、高炉的 料钟等的磨损，就是有害的。但也有为我们所用的一面，如滑动轴承 的铜瓦只有经过研刮才能达到配合的精度以付使用，这里说的研刮就 是为我们所利用的磨损现象.
• 一般磨损现象常表现为由于摩擦的机械性作用致使表面受伤而有所损 耗，进而摩擦面的温度因摩擦热而上升，由于热的作用会出现小小裂 痕，受这个原因的影响有时表面一部分剥落，如果温度过高，也会熔 化流走;在腐蚀的环境中，因腐蚀也会减量。
• 不同材料有不同的机械性能，相同的材料采取不同的热处理方式可使 其机械性能得到改善。因此合理的选用材料和热处理方式对减少机械 磨损是很有意义的。
• (4)安装检修的质量。安装零件的正确性对机器寿命有很大的影响， 如不正确地拧紧轴承盖与轴承座的连接螺钉、两结合面不对中、配合 表面不平以及轴承间隙调整得不合适等，都能引起单位载荷在表面上 不正确的分布或者产生附加载荷，因而使其磨损加快。
• 摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生 裂纹和分离出微片或颗粒的磨损称为疲劳磨损。如滚动轴承的滚动体 表面、齿轮轮齿节圆附近、钢轨与轮箍接触表面等，常常出现小麻点 或痘斑状凹坑，就是疲劳磨损所形成。
• 机件出现疲劳斑点之后，虽然设备可以运行，但是机械的振动和噪声 会急剧增加，精度大幅度下降，设备失去原有的工作性能。因此，所 生产的产品的质量下降，机件的寿命也要迅速缩短。
• (2)当磨料以很大压力作用于金属表面时(如工作时，矿石作 用于颗板)，在接触点引起很大压应力，这时，对韧性材料则引起变 形和疲劳，对脆性材料则引起碎裂和剥落，从而引起表面的损伤，粗 大颗粒的磨料进入摩擦副中的情况也与此相类似。零件产生这种磨损 情况的条件是作用在磨料破碎点上的压应力必须大于此磨料的抗压强 度。而许多磨料(如砂、石、铁屑)的抗压强度是较高的。因此把这种 磨损称为高应力碾碎式磨料磨损。
• (3)材料。材料的耐磨性主要取决于它的硬度和韧性。材料的硬度决 定于金属对其表面变形的抵抗能力。但过高的硬度易使脆性增加，使 材料表面产生磨粒的剥落。而材料的韧性可防止磨粒的产生，提高其 耐磨性能。另外，增加材料的化学稳定性还可以减少腐蚀磨损。增加 材料本身的孔隙度可以蓄积润滑剂，从而减少机械磨损，提高零件的 耐磨性。
• 机械设备在工作过程中，因机件间不断地摩擦或因介质的冲刷，其摩 擦表面逐渐产生磨损，因此引起机件几何形状改变，强度降低，破坏 了机械的正常工作条件，使机器丧失了原有的精度和功能，这称为机 械磨损。
• 由于产生的条件有很大不同，磨料磨损一般可以分为如下三种类型: • (1)冶金机械的许多构件直接与灰渣、铁屑、矿石颗粒相接触，这些
颗粒的硬度一般都很高，并且具有锐利的棱角，当以一定的压力或冲 击力作用到金属表面上时，便会从零表层凿下金属屑。这种磨损形式 称为凿削磨料磨损。
• AB段为正常磨损时期(或叫稳定磨损时期)，组合机件的磨损成直线 均匀上升，与水平线成 角。当机件工人经t小时达到B点时，间隙 增大为Smax。
• 经过B点后，磨损重新开始急剧增长，BC段为事故磨损时期，间隙 超过最大的允许极限间隙Smax 。由于间隙过大增加了冲击作用，润 滑油膜被破坏，磨损强烈，机件处于危险状态。这时如果继续工作， 则可能发生意外的故障。
• (2)表面加工质量。机件经过加工后，其摩擦表面不可能得到理想的 几何形状，总要留下切削工具的刀痕或砂轮磨削的痕迹而构成凹凸状 的不平度。一般情况下，表面加工粗糙的，开始磨损较快。当磨到一 定时间，不平度大致消除后，磨损便减慢下来，故表面加工精度的要 求应根据零件工作的特点来选择，不要盲目追求过高的加工质量。实 验指出，过于光滑的表面不一定具有好的耐磨性能，因为这时润滑油 不能形成均匀的油膜，两接触面容易发生黏结，反而使耐磨性变坏。
一定载荷作用下，在接触点发生塑性变形或剪切，使其表面膜破裂， 摩擦表面温度升高，严重时表面金属会软化或熔化，此时，接触点产 生黏着，然后出现黏着剪断再黏着再剪断的循环过程，这就形成黏着
• 机械设备在运转时，零件各部位的磨损并非相同，随其工作条件而异， 但是磨损的发展，也有其规律。如图1-1所示中的曲线为组合机件磨 损的典型曲线。这条曲线具有三个明显的部分，分别表示不同的工作 时期。
• O1A段为初期磨损时期，即新组合机件的试运转磨合过程。在这时期 内曲线急剧上升，表示组合机件在工作初期具有较大的磨损，机件在 加工时所得到的最初不平度受到破坏、划伤或磨平形成新的不平度。 间隙由Smin增大到S初，但曲线趋近A点时磨损速度逐渐降低。
若摩擦副之间咬死，不能相对运动，则称为咬死，如滑动轴承在油膜 严重破坏的条件下，过热、表面流动bd半岛、刮伤和撕脱不断发生时，又存 在尺寸较大的异物硬粒部分嵌入在合金层中，则此异物与轴摩擦生热。 上述两种作用叠加在一起，使接触面黏附力急剧增加，造成轴与滑动 轴承抱合在一起，不能转动，相互咬死。
由此可见，接触应力才是导致疲劳磨损的主要原因。降低接触应力， 就能增加抵抗疲劳磨损的强度。当然改变材质也可以提高疲劳强度。 此外，润滑剂对降低接触应力有重要作用，高钻度的油不易从摩擦面 挤掉，有助于接触区域压力的均匀分布，从而降低了最高接触应力值。 当摩擦面有允分的油量时，油膜可以吸收一部分冲击能量，从而降低 了冲击载荷产生的接触应力值。
• 自然磨损是机件在正常的工作条件下，由于接触表面不断受到摩擦力 作用的结果。有时也是由于受到周围环境温度或腐蚀性物质作用的结 果，产生了逐渐增长的磨损。这种磨损是正常的，不可避免的现象。
• 事故磨损是由于对机器检修不及时，或维修质量不高，或因机件结构 的缺陷和材料质量的低劣以及严重地违反操作规程，所发生的剧烈磨 损而形成事故的现象。
• 在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，使 腐蚀和磨损共同作用而导致零件表面物质的损失，这种现象称为腐蚀 磨损。
• 腐蚀磨损可分为氧化磨损和腐蚀介质磨损。大多数金属表面都有一层 极薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨损速度，则在摩 擦过程中极易被磨掉，然后又产生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧 化膜不断产生和磨掉的过程中，零件表面产生物质损失，此即为氧化 磨损，但氧化磨损速度一般较小。当周围介质中存在着腐蚀物质时， 例如润滑油中的酸度过高等，零件的腐蚀速度就会很快。和氧化磨损 一样，腐蚀产物在零件表面生成，又在磨损表面磨去，如此反复交替 进行而带来比氧化磨损高得多的物质损失，由此称为腐蚀介质磨损这 种化学机械的复合形式的磨损过程，对一般耐磨材料同样有着很大破 坏作用。
• 根据黏着程度的不同，黏着磨损的类型也不同。若剪切发生在黏着结 合面上，表面转移的材料极轻微，则称轻微磨损，如缸套活塞环的正 常磨损;当剪切发生在软金属浅层里面，转移到硬金属表面上，称为 涂抹;如重载蜗轮副的蜗杆的磨损。若剪切发生在软金属接近表面的 地方，硬表面可能被划伤，称为擦伤;如滑动轴承的轴瓦与轴摩擦的 拉伤;当剪切发生在摩擦副一方或两方金属较深的地方，称为撕脱， 如滑动轴承的轴瓦与轴的焊合层在较深部位剪断时就是撕脱;
• 出现疲劳磨损的主要原因是在滚动摩擦面上，两摩擦面接触的地方产 生了接触应力，表层发生弹性变形。在表层内部产生了较大的切应力 (这个薄弱区域最易产生裂纹)。由于接触应力的反复作用，在达到一 定次数后，其表层内部的薄弱区开始产生裂纹，届时，在表层外部也 因接触应力的反复作用而产生塑性变形，材料表面硬化，最后产生裂 纹。总而言之，是在材料的表面一层产生了裂纹。因为最大切应力与 压应力的方向呈45°角，所以，裂纹也都是与表面呈45 °角。在 裂纹形成的两个新表面之间，由于润滑油的楔入，使裂纹内壁产生巨 大的内压力，迫使裂纹加深并扩展，这种裂纹的扩展延伸，就造成了 麻点剥落。
• 从这条曲线得知，机件在试运转以后，即为正常工作的开始。而正常 工作终了时，即转入事故磨损时期，达到了允许的极限磨损量。这时， 对机件必须进行修复或更换。机器的磨损可以分为两类，即自然(正 常的)磨损和事故(过早的、迅速增长的或突然发生意外的)磨损。
