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机械使用与技术状态的变化

时间:2013-12-10 16:03来源:弹簧网 作者: 点击:
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[导读] 机械在使用中受到各种能量的作用,这些能量的作用主要包括: (1)周围介质能量的作用,包括执行任务的操作人员、修理人员和环境条件的作用;(2)与机械运转以及各机构工作有关的内部
 机械在使用中受到各种能量的作用,这些能量的作用主要包括: (1)周围介质能量的作用,包括执行任务的操作人员、修理人员和环境条件的作用;

(2)与机械运转以及各机构工作有关的内部能源,如各种载荷、振动、温度等;

(3)在制造和装配中集聚在机械材料和零部件内的潜伏能量(铸件的内应力和装配内应力)。

这些能量主要以机械能、热能、化学能的形式存在,当能量达到一定数值时,将导致有害过程的出现,引起机械零部件初始性能和状态的变化,如当配合副以一定的动力和速度运动时,相互将产生有害的摩擦过程,摩擦的结果将导致配合副出现磨损,使配合副的运动等发生变化。可见随着有害过程的发展,首先将使零部件出现损伤,具体表现为磨损、变形、裂纹、疲劳、腐蚀等,损伤的出现使机械零部件的结构参数发生变化,如尺寸公差、形位公差、配合间隙等的改变。结构参数的变化又导致了机械功能输出参数发生变化,如机械的输出功率、速度等的改变。随着损伤程度的进一步扩大,机械零部件的结构参数逐渐超出允许值。若机械零部件的结构参数超出允许值,而功能输出参数并未超出允许极限范围,则认为机械出现了潜在故障,对应状态为失常状态,此时应通过维护进行消除;若结构参数超限后,功能输出参数也超出允许值,则认为机械发生了功能故障,对应状态为故障状态,此时应通过修理排除相应的故障。若机械经过长时间使用后,其主要零部件的结构参数都达到极限值,且系统功能输出参数严重超限,使用的经济性明显下降,此时机械处于极限技术状态,需要进行大修或更新。

机械故障的特性分析

机械故障是与磨损、腐蚀、疲劳、老化等机理分不开的,根据机械故障形成的一般过程,机械故障主要有以下一些特性:

(l)潜在性。机械在使用中会出现各种损伤,损伤引起零部件结构参数发生变化,当损伤发展到使零部件结构参数超出允许值时,机械即出现潜在故障。由于机械设计存在一定的裕度(安全系数),因此即使某些零部件的结构参数超出允许值后,机械的功能输出参数仍在允许的范围内,也即机械并未发生功能故障。从潜在故障发展到功能故障一般具有较长的一段时间,因为通过润滑、清洁、紧固、调整等手段,可以消除或减缓损伤的发展,使潜在故障得到一定程度的控制甚至消除。机械故障的潜在性可通过维护保养来减少功能故障的发生,从而大大延长了机械的使用寿命。

(2)渐发性。由于磨损、腐蚀、疲劳、老化等过程的发生与时间关系密切,因此机械故障的发生多半与时间有关。在使用中,机械的损伤是逐步产生的,零部件的结构参数也是缓慢变化的,机械的性gg#数也是逐渐恶化的。绝大多数故障可能事先通过仪器进行测试和监控,故障发生的概率与机械运转的时间有关,机械使用时间越长,发生故障的概率就越大。故障的渐发性使机械的多数故障可以预防,故障诊断、视情维修就是建立在这一基础上的。

(3)耗损性。机械磨损、腐蚀、疲劳、老化等过程伴随着能量与质量的变化,其过程是不可逆转的。表现为机械老化程度逐步加剧,故障越来越多。随着使用时间的增加,局部故障的排除虽然能恢复机械的性能,但机械的故障率仍不断上升,新的故障将不断出现。同时损伤的消除也是不完全性的,维修不可能使机械的性能恢复到使用前的状态。机械故障的耗损性决定了机械维修级别与深度的差异,同时机械故障分布模型也不能简单用指数分布来描述。

(4)模糊性。机械使用中,由于受到各种使用及环境条件的影响,其损伤与输出参数的变化都具有一定的随机性与分散性,同时,由于材料与制造等因素的影响,机械的各种极限值、初始值也具有不同的分布,同一机械,在不同的使用环境下,输出参数随时间也具有不同的分布,从而导致参数变化及故障判别标准都具有一定的分散性,使机械故障的发生与判别标准都具有一定的模糊性。机械故障的模糊性给机械故障的诊断与判别增加了一定的难度,也要求机械故障的研究必须宏观与微观相结合。

(5)多样性。机械使用中,由于磨损、腐蚀、疲劳、老化过程的同时作用,同一零部件往往存在多种故障机理,产生多种故障模式,如轴的弯曲变形、磨损、疲劳断裂等。这些故障不仅故障机理与表现形式不同,而且分布模型及在各级的影响程度也不同,使故障呈现出多样性。机械故障的多样性要求对故障按不同机理与模式单独进行研究。

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