机电设备故障及零部件失效机理课件.ppt
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- 机电设备 故障 零部件 失效 机理 课件
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1、机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分本章主要内容本章主要内容机电设备故障的机电设备故障的概念概念 分类分类 规律规律零部件失效主要模式零部件失效主要模式: :1.1. 机械零件的磨损机械零件的磨损2.2. 金属零件的腐蚀金属零件的腐蚀3.3. 机械零件的变形机械零件的变形4.4. 机械零件的断裂机械零件的断裂不同失效模式下不同失效模式下减少或消除减少或消除其失效的其失效的方法方法和途径。和途径。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分发动机发动不起来,机床运转不平稳,汽车刹车失灵发动机发动不起来,机床运转不平稳,汽
2、车刹车失灵等等现象都是机械故障的表现形式。等等现象都是机械故障的表现形式。 故障研究的目的是要查明故障模式故障研究的目的是要查明故障模式, ,追寻追寻故障机理故障机理, ,探求减少故障的方法探求减少故障的方法, ,提高机电设提高机电设备的可靠程度和有效利用率备的可靠程度和有效利用率故障定义故障定义: :设备设备( (系统系统) )或零部件丧失了规定或零部件丧失了规定工能的状态。工能的状态。故障含两层含义故障含两层含义: : 一是机械系统偏离正常功能一是机械系统偏离正常功能; ; 二是其功能失效。二是其功能失效。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1 1
3、、零件(构件)的功能、零件(构件)的功能 (1 1)在一定的压力、温度、介质下,保持规定的形)在一定的压力、温度、介质下,保持规定的形状和尺寸;状和尺寸; (2 2)实现规定的机械运动;)实现规定的机械运动; (3 3)传递力和能。)传递力和能。2 2、失效的定义和形式、失效的定义和形式 定义定义: : 零件失去设计所要求的效能(功能)称为零件失去设计所要求的效能(功能)称为失效。失效。 常见的失效形式:常见的失效形式:磨损、腐蚀、过量变形、断裂磨损、腐蚀、过量变形、断裂机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 对故障进行研究时,要注意一下几对故障进行研究
4、时,要注意一下几个问题:个问题:1.1. 故障状况随规定对象的变化而不同。故障状况随规定对象的变化而不同。2.2. 故障状况是针对规定功能而言的。故障状况是针对规定功能而言的。3.3. 故障状况应达到一定的程度。故障状况应达到一定的程度。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 机械故障可以机械故障可以从不同角度来进行分从不同角度来进行分类类,不同的分类方法反映了机械故障的,不同的分类方法反映了机械故障的不同侧面,对机械故障进行分类的目的不同侧面,对机械故障进行分类的目的是为了更好地针对不同的故障形式采取是为了更好地针对不同的故障形式采取相应的对策,以下是
5、各种故障分类方法。相应的对策,以下是各种故障分类方法。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1.1.按故障性质分按故障性质分u间歇性故障间歇性故障: 设备只是在短期内丧失某些设备只是在短期内丧失某些功能功能, ,在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失在对设备稍加修理调试或在外部干扰消失后后, ,功能即可恢复。多半由机电设备外部原因如功能即可恢复。多半由机电设备外部原因如工人误操作、气候变化、环境设施不良等因素工人误操作、气候变化、环境设施不良等因素引起。引起。u永久性故障永久性故障: 此类故障必须经人工修理才此类故障必须经人工修理才能恢复功能。该故障一般是
6、因为某些零部件损能恢复功能。该故障一般是因为某些零部件损坏引起的。坏引起的。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分2.2.按故障程度分按故障程度分u局部性故障局部性故障: 设备只是某一部功能丧失设备只是某一部功能丧失, ,不影响设备其它功能的实现不影响设备其它功能的实现( (如冷却电机如冷却电机) )u整体性故障整体性故障: 虽然设备只是某一部功能丧虽然设备只是某一部功能丧失失, ,但却使设备整体功能不能实现但却使设备整体功能不能实现( (如主电动机如主电动机故障故障) )机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分3.
7、3.按故障形成速度分按故障形成速度分u突发性故障突发性故障: 故障发生具有偶然性和突发性故障发生具有偶然性和突发性, ,一般与设备使用时间无关一般与设备使用时间无关, ,故障发生前无明显征兆故障发生前无明显征兆, ,通过早期试验或测试很难预测通过早期试验或测试很难预测, ,一般是由工艺系统本一般是由工艺系统本身不利因素与偶然的外界影响因素共同作用的结果身不利因素与偶然的外界影响因素共同作用的结果u缓变性故障缓变性故障: 故障发展缓慢故障发展缓慢, ,一般在设备有效一般在设备有效寿命的后期出现寿命的后期出现, ,其发生概率与使用时间有关其发生概率与使用时间有关, ,能够能够通过早期试验或测试进行
8、预测通过早期试验或测试进行预测, ,通常是因零部件的腐通常是因零部件的腐蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的蚀磨损疲劳以及老化等发展形成的机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分4.4.按故障形成原因分按故障形成原因分u操作或管理失误形成的故障操作或管理失误形成的故障: 设备未按原设设备未按原设计规定的条件使用计规定的条件使用, ,形成设备错用、精机粗用形成设备错用、精机粗用u设备内在原因形成的故障设备内在原因形成的故障: 一般是设备由于一般是设备由于设计、制造遗留下的缺陷设计、制造遗留下的缺陷( (如加工残余应力、局部薄如加工残余应力、局部薄弱环节等弱环节等)
9、 )或材料内部潜在的缺陷造成的或材料内部潜在的缺陷造成的. .该故障无法该故障无法预测预测, ,是突发性故障的重要原因是突发性故障的重要原因u自然故障自然故障: 设备在有效期内设备在有效期内, ,因受到外部或内部因受到外部或内部多种自然因素影响而引起的故障多种自然因素影响而引起的故障, ,如正常情况下零部如正常情况下零部件的磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变以及老化等件的磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变以及老化等机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分5.5.按故障造成的后果分按故障造成的后果分u致命故障致命故障: 危及或导致伤亡、引起设备报废或危及或导致伤亡、引起
10、设备报废或造成重大经济损失的故障。如机架或机体断裂、车造成重大经济损失的故障。如机架或机体断裂、车轮脱落、发动机总成报废等轮脱落、发动机总成报废等u严重故障严重故障: 是指严重影响设备正常使用是指严重影响设备正常使用, ,在短在短期内无法排除的故障。如发动机烧瓦、曲轴断裂、期内无法排除的故障。如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体开裂、齿轮损坏等箱体开裂、齿轮损坏等u一般故障一般故障: 指影响设备正常使用指影响设备正常使用, ,但在短期内但在短期内能排除的故障。如能排除的故障。如V V型带断裂、操纵手轮手柄损坏、型带断裂、操纵手轮手柄损坏、电器开关损坏、轻微渗漏和一般紧固件松动等电器开关损坏、轻微渗漏和
11、一般紧固件松动等机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分6.6.按故障表现形式分按故障表现形式分功能故障功能故障和和潜在故障潜在故障7.7.按故障形成的时间分按故障形成的时间分 早期故障早期故障和和随时间随时间变化的故障变化的故障及及随机故障随机故障8.8.按故障程度和形成快慢分按故障程度和形成快慢分 破坏性故障破坏性故障和和渐衰失效性故障渐衰失效性故障机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 设备的任何部分都将在足够长的使用设备的任何部分都将在足够长的使用周期后产生失效。最可靠的产品最终也要周期后产生失效。最可靠的产
12、品最终也要发生故障。发生故障。 故障的发生受其内部隐蔽的规律所支故障的发生受其内部隐蔽的规律所支配,研究和利用故障规律,便可设法从根配,研究和利用故障规律,便可设法从根本上预防故障。本上预防故障。 工作应力、环境应力、人为因素、时工作应力、环境应力、人为因素、时间等都是设备产生故障的外因。间等都是设备产生故障的外因。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分可靠性可靠性 机电设备的可靠性是指机电设备在规定条件下,在机电设备的可靠性是指机电设备在规定条件下,在规定时间内,无故障地完成其规定功能的能力。规定时间内,无故障地完成其规定功能的能力。 规定时间规定时间
13、:产品应达到的工作期限。用时间或相当于时间的指产品应达到的工作期限。用时间或相当于时间的指标来表示,如运转的次数、行驶里程等。标来表示,如运转的次数、行驶里程等。l可靠性的数量指标。可靠性的数量指标。 设备的技术状况总是随着时间的延长而逐渐恶化的设备的技术状况总是随着时间的延长而逐渐恶化的因而设备的使用寿命总是有限的。由此可知,设备发生因而设备的使用寿命总是有限的。由此可知,设备发生故障的可能性总是随着时间的延长而增大的,因而它可故障的可能性总是随着时间的延长而增大的,因而它可以看作是时间的函数。但同时设备故障的发生具有随机以看作是时间的函数。但同时设备故障的发生具有随机性,即无论哪一种故障、
14、人们都难以预料它的确切发生性,即无论哪一种故障、人们都难以预料它的确切发生时间。故设备发生故障的情况都只能用概率来表示,称时间。故设备发生故障的情况都只能用概率来表示,称为为故障概率。故障概率。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1.1.可靠度(无故障概率)可靠度(无故障概率) 机电设备在规定条件下,在规定时间内,无故障地完成其规定功能机电设备在规定条件下,在规定时间内,无故障地完成其规定功能的概率。用的概率。用R(t)表示。表示。2.2.故障概率故障概率 机电设备在规定条件下,在规定时间内,发生故障的概率。用机电设备在规定条件下,在规定时间内,发生故
15、障的概率。用F(t)表表示。示。图2-1图2-2图1-1 可靠度曲线 图1-2 故障概率曲线机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分1.1.可靠度(无故障概率)可靠度(无故障概率) 机电设备在规定条件下,在规定时间内,无故障地完成其规定功能机电设备在规定条件下,在规定时间内,无故障地完成其规定功能的概率。用的概率。用R(t)表示。表示。 图图1-11-1为可靠度曲线。由图可见为可靠度曲线。由图可见,产品的可靠度产品的可靠度 R(tR(t) )是时间是时间t t的函的函数数, 随着时间的增长随着时间的增长,产品的可靠度会越来越低产品的可靠度会越来越低,它是一
16、个介于它是一个介于1 1与与0 0之之间的数间的数,即即0R(t)10R(t)1。图2-1图2-2图1-1 可靠度曲线 11机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分2.2. 故障概率故障概率 机电设备在规定条件下,在规定时间内,发生故障的概率。用机电设备在规定条件下,在规定时间内,发生故障的概率。用F(t)表表示。示。 图图1-21-2为故障概率曲线。由图可见为故障概率曲线。由图可见,产品的故障概率产品的故障概率F(tF(t) )也是时间也是时间t t的函数的函数, , 随着时间的推移随着时间的推移, , 产品的故障概率会越来越大产品的故障概率会越来越大,
17、 , 它是一个介于它是一个介于0 0与与1 1之间的数之间的数, ,即即0F(t)10F(t)1。图2-1图2-2图1-2 故障概率曲线 11机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分无故障概率与故障概率关系无故障概率与故障概率关系两者是对立事件两者是对立事件故障概率与无故障概率构成了故障概率与无故障概率构成了一个完整的事件组,即一个完整的事件组,即1)()(tRtF机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分从概率的概念出发,由概率理论可知,故障概率的分布是其密度函数从概率的概念出发,由概率理论可知,故障概率的分布是其密度
18、函数f(tf(t) )积累函数,即故障发生的时间比率,或单位时间内发生的故障的概率。积累函数,即故障发生的时间比率,或单位时间内发生的故障的概率。它是单调增函数。故障概率可用公式表示:它是单调增函数。故障概率可用公式表示: 式中式中F(tF(t)-)-故障概率故障概率 f(tf(t)-)-故障概率分布密度函数故障概率分布密度函数 t-t-时间时间 当当t= t= 时,即时,即 l故障概率又叫故障概率又叫累计故障概率累计故障概率;其密度函数;其密度函数f(t)又叫又叫单位时间内发生故障的概率单位时间内发生故障的概率。有:有: dtf(t)F(t)t01)()(0dttfFf(t)(t)F机电设备
19、故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分图1-3 故障概率密度函数f(t)t机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分3.3. 故障率故障率 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t t之前之前尚未发生故障,而在随后的尚未发生故障,而在随后的d dt t时间之内可能发生故障的条件概率,时间之内可能发生故障的条件概率,用用(t)来表示,其数学关系式为:来表示,其数学关系式为: 该式说明故障率为某一瞬时可能发生的故障,相对于该瞬时无该式说明故障率为某一瞬时可能发生的故障,
20、相对于该瞬时无故障概率之比。故障概率之比。)()()(tRtft 机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分故障率故障率瞬时故障率瞬时故障率产品在某产品在某一瞬时一瞬时t t的单位时间内发生故障的单位时间内发生故障的概率的概率平均故障率平均故障率产品在某产品在某一段时间内单位时间发生故障一段时间内单位时间发生故障的概率的概率平均故障间隔时间平均故障间隔时间(MTBFMTBF)可修复设备可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工在相邻两次故障间隔内正常工作的平均时间。作的平均时间。tNtndtNtdnttNtn存存存)()(lim)()(0ttNtnt存)()(nM
21、TBFit机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分l一些产品的一些产品的MTBF:电脑产品规范电脑产品规范4000h,大屏幕投影大屏幕投影30000h,硬盘硬盘30000-40000h,磁盘阵列不低于磁盘阵列不低于50000h,方正笔记本电脑方正笔记本电脑70000h,长城电源长城电源120000h。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分例:例: 设有一电子产品工作设有一电子产品工作10001000小时,共发生故障小时,共发生故障5 5次,求该产品次,求该产品MTBFMTBF。参考答案:参考答案: MTBF=200h
22、MTBF=200h其故障率为其故障率为 (t(t)=5/(1)=5/(11000)=0.005/h1000)=0.005/h MTBF=1/(t)MTBF=1/(t)机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分 例:某产品例:某产品MTBF=16MTBF=16万万h18h18年年 =1/MTBF=1/18=5.5% =1/MTBF=1/18=5.5% 即:某产品即:某产品1 1年内平均年内平均10001000太设备有太设备有5555台会出故障。台会出故障。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分)(t例:例: 设设t=0时
23、,投入工作时,投入工作1000只灯泡,当只灯泡,当 t=365天时,发天时,发现有现有30只灯泡坏了。只灯泡坏了。求:故障概率、无故障概率、瞬时故障率、平均故障率求:故障概率、无故障概率、瞬时故障率、平均故障率(天)、(天)、MTBF。F(t)=30/1000=0.03R(t)=1- F(t)=0.97 =30/(970365)=0.84710-4/天天 =30/(1000+970)/2 365=0.83410-4/天天MTBF=1/(t)=11806天天32年年)(t机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件
24、失效机理下午下午8时时28分分特点:特点:故障率较高,但故故障率较高,但故障随设备工作时间的增障随设备工作时间的增加而迅速下降。加而迅速下降。 早期故障一般是由于设计、制造、早期故障一般是由于设计、制造、检验或装配中存在缺陷而导致的。设检验或装配中存在缺陷而导致的。设备进行大修或改造后,早期故障会再备进行大修或改造后,早期故障会再次出现。次出现。 通过运转磨合、检查、排除故障通过运转磨合、检查、排除故障等手段可使其缺陷逐步消除,运转趋等手段可使其缺陷逐步消除,运转趋于正常,从而实现逐渐减少这类故障于正常,从而实现逐渐减少这类故障的目的。的目的。早期故障期故障率曲线早期故障期故障率曲线Ot 机电
25、设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分O t随机故障期故障率曲线随机故障期故障率曲线特点:特点:故障率低而且稳定,故障率低而且稳定,近似为常数。近似为常数。 随即故障是由于偶然因素引起的,随即故障是由于偶然因素引起的,它不可预测,也不能通过延长磨合期它不可预测,也不能通过延长磨合期来消除。设计上的缺陷、零部件缺陷、来消除。设计上的缺陷、零部件缺陷、维护不良以及操作不当都会造成随机维护不良以及操作不当都会造成随机故障。故障。机电设备故障及零部件失效机理机电设备故障及零部件失效机理下午下午8时时28分分Ot 耗损故障期故障率曲线耗损故障期故障率曲线特点:特点:故
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