状态监测与故障诊断技术 第二章 故障的机理.docVIP

第二章 故障的机理 第一节 机械设备的故障 ????一、故障的概念 ????一般情况下，产品在工作过程中，因某种原因，丧失规定功能的现象，均称之为故障。但是要赋予严格的定义，必须明确指出故障的条件，以及故障的程度。因而导出了从不同角度去研究故障现象与机理的问题。????这里所指的产品，可以是元件、零件、部件、系统或设备（根据国标GB3187-82规定）。这里所指的规定的功能是在产品的技术文件中明确规定的功能。对不同的产品，可以有不同的功能要求。例如，对一个发动机来说，显然必须规定在给定的转速下，以一定的耗油率，发挥出一定的功率。????故障有时也称之为失效。在一般情况下是同义词。国标（GB3187-8 2）规定中指出，对于可修复的产品通常称之为故障。????在现代产品设计中，产品的故障同产品的可靠性有着密切的关系。产品的可靠性下降，意味着将出现故障。所以，常常用故障率来度量可靠性（度）。故障率（λ）的定义是某种产品在t时间后的单位时间内发生故障的产品数，相对于t时间内还在工作的产品数的百分比值。称为产品在该时间的瞬时故障率，习惯上称为故障率。但是必须指出，这种表达方法，是具有统计特征的。它是针对某种产品的一大子样，反映它出现故障的频度。不言而喻，当产品数量越多时，那么它的统计特征越接近实际。????根据出现故障后，能不能予以消除的想法，可以把产品划分为可修复的和不可修复的两大类。不可修复的产品是指出现故障后，不进行维修（在技术上可行，但是修复很不经济）或无法进行维修的产品（本身就是一次性使用，特别是电子元件）。而在机械设备中，大多数产品是属于可修复的产品。????二、故障的分类 ????从不同的角度对故障进行分类，不仅可以进一步揭示故障的实质，也有利于选择适合的诊断手段。通常的故障的分类可参见表2－1。 表2-1 故障的分类 故障性质 1、自然故障。 2、人为故障。 故障部位 1、整体。 2、局部。 发生故障的时间 1、磨合期。 2、正常使用期。 3、耗损故障期。 故障发生进程 1、渐进性故障。 2、突发性故障。 故障的关系 1、相关故障。 2、非相关故障。 故障外部特征 1、可见故障。 2、隐蔽故障。 故障程度 1、局部故障。 2、完全故障。 故障原因 1、设计结构方面。 2、生产工艺方面。 3、使用方面。 故障后果 1、轻微的。 2、一般的。 3、严重的。 4、致命的。 ????下面选择几个同故障诊断密切有关的分类加以解释。 ????按故障的性质分，可以有人为故障和自然故障。自然故障是指设备在运行时，因自身的原因而造成的故障。可以有正常的自然故障和异常的启然故障。后者往往是因材料、生产工艺或装配不符合技术条件所带来的故障。显然出现这种故障是带有偶然性的，有时又具有突发性的性质。而正常的自然故障一般都具有规律性。????人为故障是由于设备的操作者无意或有意而造成的故障。这类故障往往不被重视。事实上，它在生产中造成的故障还是比较多的。????例如拖拉机由于不遵守操作规程而引起的故障约占20％以上。有的甚至更多、更严重。为此在现代管理科学中，不仅在设计上尽量采取避免人为故障的结构，并将行为科学、心理学应用于排除人为的故障，即将人一机（有时为人一机一环境）作为一个系统加以处理，以便有效地诊断与控制故障。 ????按故障的发生、发展进程来分，可以有突发性故障和渐进性故障。????突发性故障在出现故障前，并无明显可察觉到的征兆，而且是突然发生的，并且一般破坏性也较大（如出现断裂）。 突发性故障产生的原因是多种内在不利因素，以及偶然性的环境因素综合作用的结果。 虽然是突发性的，但严格说来，仍然具有量变到质变的过程，不过需要具有精密的检测仪器或方法才能检测出来，为了避免突出性故障，对于设备的重要部位，常常需要采用仪器连续监测。如果机器运行的寿命已经超过设计要求后，继续强制运行而发生的突发性故障，严格说来应将这类故障列入人为故障之列。 ????渐进性故障是由于设备中某些零件的技术指标逐渐恶化，最终超出允许范围（或极限）而引起的故障。大部分机械设备的故障都属于这类故障。大约占设备进厂修理数量的50％一80％。产生这类故障的原因与产品材料的磨损、腐蚀、疲劳等密切相关。????渐进性故障的特点是： （1）出现故障的时间是在元件有效寿命的后期，即耗损故障期。????（2）有规律性，可预防。故障不是突然发生的，事先可以通过诊断和监测仪器进行测试或监控。 ????（3）故障发生的概率与机器运转时间有关。机器使用的时间越长，发生故障的概率越高，损坏的程度也越大。????突发性和渐进性故障之间是有联系的。目前划分这两类故障，是从当前机器产品水平和维护管理的水平出发的。把事先能觉察到征兆的故障