机械设备维修技术(第2版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:吴先文主编

出版社:职业教育出版分社

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机械设备维修技术(第2版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)

机械设备维修技术(第2版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)试读:

前言

为了深入贯彻落实国家大力发展职业教育的规划纲要精神,以校企合作、工学结合、课堂与实训一体化的现代职业教育理念为指导,着重体现任务引领、实践导向的项目式教学课程设计理念。本书在编写过程中,融知识传授与能力培养为一体,注重学生职业知识、素养和能力的统一。

在教材内容的安排上,优化重构了课程体系,全书由8个项目、43个学习任务组成,各项目均明确了学习目标,补充了知识链接等内容,强化了典型现场设备维修实例,增加了如纳米复合电刷镀等现代设备维修新技术、新工艺,拓展了学生的专业知识面。此外,各项目还做了适当修改,内容更加简明扼要,实用性、针对性、先进性更强,较好地体现了职业教育的基本指导思想。

本教材由全国首批28所示范性高职学院之一——四川工程职业技术学院吴先文任主编,四川工程职业技术学院冯锦春、杨林建、陈博、赵仕元、赵晶文、毛占稳任副主编。其中吴先文编写了项目1、项目2,毛占稳编写了项目3,陈博编写了项目4,赵晶文编写了项目5,杨林建编写了项目6,冯锦春编写了项目7,赵仕元编写了项目8。

本教材由四川工程职业技术学院武友德主审,中国第二重型机械集团公司马荣平、西南工程学校张忠旭为本书编写提出了许多宝贵意见和建议。本教材在编写过程中,参考了很多相关资料和书籍,得到了有关院校的大力支持与帮助,在此一并致谢!

由于编者水平有限、经验不足和编写时间仓促,书中错误和不妥之处在所难免,恳请广大读者批评指正。编者2012年2月项目1机械设备修理基础知识【学习目标】

1.了解机械设备修理的一般程序。

2.了解机械设备修理的类别及修理内容和技术要求。

3.了解机械设备修理前的准备工作。

4.理解并掌握机械设备故障及零件失效的形式、产生原因与对策。

5.熟悉机械设备修理中的常用检具和量具的使用方法。

6.树立安全文明生产和环境保护意识。

机械设备是企业生产的物质技术基础,作为现代化的生产工具在各行各业都有广泛的应用。随着生产力水平的提高,设备技术状态的好坏,对企业生产的正常运行,对产品生产率、质量、成本、安全、环保和能源消耗等在一定意义上起着决定性的作用。

机械设备在使用过程中,不可避免地由于磨损、疲劳、断裂、变形、腐蚀、老化等原因造成设备性能的劣化以至出现故障。设备性能指标下降乃至出现故障,会使其不能正常运行,最终导致设备损坏和停产而使企业蒙受经济损失,甚至造成灾难性的后果。

减缓机械设备劣化速度,排除故障、恢复设备原有的性能和技术要求,需要设备维修从业人员掌握一整套系统的、科学的维护和修理设备的技术和方法。

机械设备维修技术是以机械设备为研究对象,探讨设备出现性能劣化的原因,研究并寻找减缓和防止设备性能劣化的技术及方法,保持或恢复设备的规定功能并延长其使用寿命。

本项目的任务是研究和讨论机械设备维修技术的基础知识,主要内容有机械设备修理的一般工艺过程、设备修理方案的确定、设备维修前的准备工作、设备零件失效及修理更换的原则等。任务1 机械设备修理前的准备工作1.1.1 机械设备修理的类别

机械设备在使用中由于磨损、腐蚀或维护不良、操作不当等原因,使设备技术状态发生劣化以至出现故障。为保持或恢复机械设备应有的精度、性能和效率等,必须对机械设备及时进行修理。

机械设备修理类别按修理内容、技术要求和工作量大小可分为大修、项修、小修和定期精度调整等。

1.大修

在设备修理类别中,设备大修是工作量最大,修理时间较长的一种计划修理。大修时,将设备的全部或大部分解体,修复基础件,更换或修复全部不合格的机械零件、电器元件;修理、调整电气系统;修复设备的附件以及翻新外观;整机装配和调试,从而达到全面消除大修前存在的缺陷,恢复设备规定的精度与性能。

大修主要包括以下内容。

① 对设备的全部或大部分部件解体检查,并做好记录。

② 全部拆卸设备的各部件,对所有零件进行清洗并做出技术鉴定。

③ 编制大修理技术文件,并做好修理前各方面准备。

④ 更换或修复失效的全部零部件。

⑤ 刮研或磨削全部导轨面。

⑥ 修理电气系统。

⑦ 配齐安全防护装置和必要的附件。

⑧ 整机装配,并调试达到大修理质量技术要求。

⑨ 翻新外观(重新喷漆、电镀等)。

⑩ 整机验收,按设备出厂标准进行检验。

通常,在设备大修时还应考虑适当地进行相关技术改造,如为了消除设备的先天性缺陷或多发性故障,可对设备的局部结构或零部件进行改进设计,以提高其可靠性。按照产品工艺要求,在不改变整机的结构情况下,局部提高个别主要部件的精度等。

对机械设备大修总的技术要求是:全面清除修理前存在的缺陷,大修后应达到设备出厂或修理技术文件所规定的性能和精度标准。

2.项目修理

项目修理(简称项修)是根据机械设备的结构特点和实际技术状态,对设备状态达不到生产工艺要求的某些项目或部件,按实际需要进行的针对性修理。修理时,一般要进行部分解体、检查,修复或更换失效的零件,必要时对基准件进行局部刮研,校正坐标,使设备达到应有的精度和性能。进行项修时,只针对需检修部分进行拆卸分解、修复;更换主要零件,刮研或磨削部分导轨面,校正坐标,使修理部位及相关部位的精度、性能达到规定标准,以满足生产工艺的要求。

项修时,对设备进行部分解体,修理或更换部分主要零件与基准件的数量约为10%~30%,修理使用期限等于或小于修理间隔期的零件;同时,对床身导轨、刀架、床鞍、工作台、横梁、立柱、滑块等进行必要的刮研,但总刮研面积不超过40%,其他摩擦面不刮研。项修时对其中个别难以恢复的精度项目,可以延长至下一次大修时恢复;对设备的非工作表面要打光后涂漆。项修的大部分修理项目由专职维修工人在生产车间现场进行,个别要求高的项目由机修车间承担。设备项修后,质量管理部门和设备管理部门要组织机械员、主修工人和操作者,根据项修技术任务书的规定和要求,共同检查验收。检验合格后,由项修质量检验员在检修技术任务书上签字,主修人员填写设备完工通知单,并由送修与承修单位办理交接手续。

项修主要包括以下内容。

① 全面进行精度检查,确定需要拆卸分解、修理或更换的零部件。

② 修理基准件,刮研或磨削需要修理的导轨面。

③ 对需要修理的零部件进行清洗、修复或更换。

④ 清洗、疏通各润滑部位,换油,更换油毡油线。

⑤ 治理漏油部位。

⑥ 喷漆或补漆。

⑦ 按部颁修理精度、出厂精度或项修技术任务书规定的精度检验标准,对修完的设备进行全部检查。但对项修时难以恢复的个别精度项目可适当放宽。

3.小修

小修是指工作量最小的局部修理。小修主要是根据设备日常检查或定期检查中所发现的缺陷或劣化征兆进行修复。

小修的工作内容是拆卸有关的设备零部件,更换和修复部分磨损较快和使用期限等于或小于修理间隔期的零件,调整设备的局部机构,以保证设备能正常运转到下一次计划修理时间。小修时,要对拆卸下的零件进行清洗,将设备外部全部擦净。小修一般在生产现场进行,由车间维修工人执行。

4.定期精度调整

定期精度调整是指对精密、大型、稀有设备的几何精度进行有计划的定期检查并调整,使其达到或接近规定的精度标准,保证其精度稳定,以满足生产工艺要求。通常,该项检查的周期为1~2年,并应安排在气温变化较小的季节进行。1.1.2 机械设备修理的工作过程

机械设备修理的工作过程一般包括:解体前整机检查、拆卸部件、部件检查、必要的部件分解、零件清洗及检查、部件修理装配、总装配、空运转试车、负荷试车、整机精度检验、竣工验收。在实际工作中应按大修理作业计划进行并同时做好作业调度、作业质量控制以及竣工验收等主要管理工作。

机械设备的大修过程一般可分为修前准备、施工和修后验收三个阶段。

1.修理前的准备工作

为了使修理工作顺利地进行,修理人员应对设备技术状态进行调查了解和检测;熟悉设备使用说明书、历次修理记录和有关技术资料、修理检验标准等;确定设备修理工艺方案;准备工具、检测器具和工作场地等;确定修后的精度检验项目和试车验收要求,这样就为整台设备的大修做好了各项技术准备工作。修前准备越充分,修理的质量和修理进度越能够得到保证。

2.施工

修理过程开始后,首先采用适当的方法对设备进行解体,按照与装配相反的顺序和方向,即“先上后下,先外后里”的方法,正确地解除零、部件在设备中相互间的约束和固定的形式,把它们有次序地、尽量完好地分解出来,并妥善放置,做好标记。要防止零,部件的拉伤、损坏、变形和丢失等。

对已经拆卸的零、部件应及时进行清洗,对其尺寸和形位精度及损坏情况进行检验,然后按照修理的类别、修理工艺进行修复或更换。对修前的调查和预检进行核实,以保证修复和更换的正确性。对于具体零、部件的修复,应根据其结构特点、精度高低并结合修复能力,拟定合理的修理方案和相应的修复方法,进行修复直至达到要求。

零、部件修复后即可进行装配。设备整机的装配工作以验收标准为依据进行。装配工作应选择合适的装配基准面,确定误差补偿环节的形式及补偿方法,确保各零、部件之间的装配精度,如平行度、同轴度、垂直度以及传动的啮合精度要求等。

机械设备大修的修理技术和修理工作量,在大修前难以预测得十分准确。因此,在施工阶段,应从实际情况出发,及时地采取各种措施来弥补大修理前预测的不足,并保证修理工期按计划或提前完成。

3.修后验收

凡是经过修理装配调整好的设备,都必须按有关规定的精度标准项目或修前拟定的精度项目,进行各项精度检验和试验,如几何精度检验、空运转试验、载荷试验和工作精度检验等,全面检查衡量所修理设备的质量、精度和工作性能的恢复情况。

设备修理后,应记录对原技术资料的修改情况和修理中的经验教训,做好修理后工作小结,与原始资料一起归档,以备下次修理时参考。

机械设备大修的工作过程如图1-1所示。图1-1 机械设备大修的工作过程1.1.3 设备修理方案的确定

机械设备的修理不但要达到预定的技术要求,而且要力求提高经济效益。因此,在修理前应切实掌握设备的技术状况,制定经济合理、切实可行的修理方案,充分做好技术和生产准备工作,在施工中要积极采用新技术、新材料、新工艺等,以保证修理质量,缩短停修时间,降低修理费用。

必须通过预检,在详细调查了解设备修理前技术状况、存在的主要缺陷和产品工艺对设备的技术要求后,分析确定修理方案,主要内容如下。

① 按产品工艺要求,设备的出厂精度标准能否满足生产需要。如果个别主要精度项目标准不能满足生产需要,能否采取工艺措施提高精度。哪些精度项目可以免检。

② 对多发性故障部位,分析改进设计的必要性与可行性。

③ 对关键零、部件,如精密主轴部件、精密丝杠副、分度蜗杆副的修理,本企业维修人员的技术水平和条件能否胜任。

④ 对基础件,如床身、立柱、横梁等的修理,采用磨削、精刨或精铣工艺,在本企业或本地区其他企业实现的可能性和经济性。

⑤ 为了缩短修理时间,哪些部件采用新部件比修复原有零件更经济。

⑥ 如果本企业承修,哪些修理作业需委托外企业协作,应与外企业联系并达成初步协议。如果本企业不能胜任和不能实现对关键零部件、基础件的修理工作,应委托其他企业修理。1.1.4 设备修理前的准备工作

机械设备大修理前的准备包括修前技术准备和修前物质准备。其完善程度和准确性、及时性会直接影响到大修理作业计划、修理质量、效率和经济效益。设备修理前的技术准备,包括设备修理的预检和预检的准备、修理图纸资料的准备、各种修理工艺的制定及修理工检具的制造和供应。各企业的设备维修组织和管理分工有所不同,但设备大修理前的技术准备工作内容及程序大致相同,如图1-2所示。

1.预检

为了全面深入掌握设备的实际技术状态,在修理前安排的停机检查称为预检。预检工作由主修技术人员主持,设备使用单位的机械员、操作工人和维修工人参加。预检的时间应根据设备的复杂程度确定。

预检既可验证事先预测的设备劣化部位及程度,又可发现事先未预测到的问题,从而结合已经掌握的设备技术状态劣化规律,作为制定修理方案的依据。图1-2 设备大修理准备工作及程序(1)预检前的准备工作

① 阅读设备使用说明书,熟悉设备的结构和性能、精度及其技术特点。

② 查阅设备档案,着重了解:设备安装验收(或上次大修理验收)记录和出厂检验记录;历次修理(包括小修、项修、大修)的内容,修复或更换的零件;历次设备事故报告;近期定期检查记录;设备运行中的状态监测记录;设备技术状况普查记录等。

③ 查阅设备图册,为校对、测绘修复件或更换件做好图样准备。

④ 向设备操作工和维修工了解设备的技术状态:设备的精度是否满足产品的工艺要求,性能是否下降;气动、液压系统及润滑系统是否正常和有无泄漏;附件是否齐全;安全防护装置是否灵敏可靠;设备运行中易发生故障的部位及原因;设备现在存在的主要缺陷;需要修复或改进的具体意见等。

将上述各项调查准备的结果进行整理、归纳,可以分析和确定预检时需解体检查的部件和预检的具体内容,并安排预检计划。(2)预检的内容

下面为金属切削机床类设备的典型预检内容,供参考。

① 按出厂精度标准对设备逐项检验,并记录实测值。

② 检查设备外观。有无掉漆,指示标牌是否齐全清晰,操纵手柄是否损伤等。

③ 检查机床导轨。若有磨损,测出磨损量,检查导轨副可调整镶条尚有的调整余量,以便确定大修时是否需要更换。

④ 检查机床外露的主要零件如丝杠、齿条、光杠等的磨损情况,测出磨损量。

⑤ 检查机床运行状态。各种运动是否达到规定速度,尤其高速时运动是否平稳,有无振动和噪声。低速时有无爬行,运动时各操纵系统是否灵敏和可靠。

⑥ 检查气动、液压系统及润滑系统。系统的工作压力是否达到规定,压力波动情况,有无泄漏,若有泄漏,查明泄漏部位和原因。

⑦ 检查电气系统。除常规检查外,注意用先进的元器件替代原有的元器件。

⑧ 检查安全防护装置。包括各种指示仪表、安全联锁装置、限位装置等是否灵敏可靠,各防护罩有无损坏。

⑨ 检查附件有无磨损、失效。

⑩ 部分解体检查,以便根据零件磨损情况来确定零件是否需要更换或修复。原则上尽量不拆卸零件,尽可能用简易方法或借助仪器判断零件的磨损,对难以判断磨损程度和必须测绘、校对图样的零件才进行拆卸检查。(3)预检应达到的要求

① 全面掌握设备技术状态劣化的具体情况,并做好记录。

② 明确产品工艺对设备精度、性能的要求。

③ 确定需要更换或修复的零件,尤其要保证大型复杂铸锻件、焊接件、关键件和外购件的更换或修复。

④ 测绘或核对的更换件和修复件的图样要准确可靠,保证制造和修配的精度。(4)预检的步骤

做好预检前的各项准备工作,按预检内容进行。在预检过程中,对发现的故障隐患必须及时加以排除,恢复设备并交付继续使用。预检结束要提交预检结果,在预检结果中应尽量定量地反映检查出的问题。如果根据预检结果判断无须大修,应向设备主管部门提出改变修理类别的意见。

2.编制大修理技术文件

通过预检和分析确定修理方案后,必须准备好大修理用的技术文件和图样。机械设备大修理技术文件和图样包括:修理技术任务书,修换件明细表及图样,材料明细表,修理工艺规程,专用工、检、研具明细表及图样,修理质量标准等。这些技术文件是编制修理作业计划、指导修理作业以及检查和验收修理质量的依据。(1)编制修理技术任务书

修理技术任务书由主修人员编制,经机械师和主管工程师审查,最后由设备管理部门负责人批准。设备修理技术任务书包括如下内容。

① 设备修前技术状况 包括说明设备修理前工作精度下降情况,设备的主要输出参数的下降情况,主要零部件(指基础件、关键件、高精度零件)的磨损和损坏情况,液压系统、润滑系统的缺损情况,电气系统的主要缺陷情况,安全防护装置的缺损情况等。

② 主要修理内容 包括说明设备要全部(或除个别部件外其余全体)解体、清洗,检查零件的磨损和损坏情况,确定需要更换和修复的零件,扼要说明基础件、关键件的修理方法,说明必须仔细检查和调整的机构,结合修理需要进行改善维修的部位和内容。

③ 修理质量要求 对装配质量、外观质量、空运转试车、负荷试车、几何精度和工作精度逐项说明,按相关技术标准检查验收。(2)编制修换件明细表

修换件明细表是设备大修前准备备品配件的依据,应当力求准确。(3)编制材料明细表

材料明细表是设备大修理准备材料的依据。设备大修材料可分为主材和辅材两类。主材是指直接用于设备修理的材料,如钢材、有色金属、电气材料、橡胶制品、润滑油脂、油漆等。辅材是指制造更换件所用材料、大修理时用的辅助材料,不列入材料明细表,如清洗剂、擦拭材料等。(4)编制修理工艺规程

机械设备修理工艺规程应具体规定设备的修理程序、零部件的修理方法、总装配与试车的方法及技术要求等,以保证大修理质量。它是设备大修理时必须认真遵守和执行的指导性技术文件。

编制设备大修理工艺规程时,应根据设备修理前的实际状况、企业的修理技术装备和修理技术水平,做到技术上可行,经济上合理,切合生产实际要求。

机械设备修理工艺规程通常包括下列内容。

① 整机和部件的拆卸程序、方法以及拆卸过程中应检测的数据和注意事项。

② 主要零部件的检查、修理和装配工艺,以及应达到的技术条件。

③ 关键部位的调整工艺以及应达到的技术条件。

④ 总装配的程序和装配工艺,应达到的精度要求、技术要求以及检查方法。

⑤ 总装配后试车程序、规范及应达到的技术条件。

⑥ 在拆卸、装配、检查测量及修配过程中需用的通用或专用的工、研、检具和量仪。

⑦ 修理作业中的安全技术措施等。(5)大修理质量标准

机械设备大修后的精度、性能标准应能满足产品质量、加工工艺要求,并有足够的精度储备。主要包括以下几方面的内容。

① 机械设备的工作精度标准。

② 机械设备的几何精度标准。

③ 空运转试验的程序、方法,检验的内容和应达到的技术要求。

④ 负荷试验的程序、方法,检验内容和应达到的技术要求。

⑤ 外观质量标准。

在机械设备修理验收时,可参照国家和有关部委等制定和颁布的一些机械设备大修理通用技术条件,如金属切削机床大修理通用技术条件、桥式起重机大修理通用技术条件等。若有特殊要求,应按其修理工艺、图样或有关技术文件的规定执行。企业可参照机械设备通用技术条件编制本企业专用机械设备大修理质量标准。没有以上标准,大修理则应按照该机械设备出厂技术标准作为大修理质量标准。

3.设备修理前的物质准备

设备修理前的物质准备是一项非常重要的工作,是保证维修工作顺利进行的重要环节和物质基础。实际工作中经常由于备品配件供应不上而影响修理工作的正常进行,延长修理停机时间,使企业生产受到损失。因此,必须加强设备修理前的物质准备工作。

主修技术人员在编制好修换件明细表和材料明细表后,应及时将明细表交给备件、材料管理人员。备件、材料管理人员在核对库存后提出订货。主修技术人员在制定好修理工艺后,应及时把专用工具、检具明细表和图样交给工具管理人员。工具管理人员经校对库存后,把所需用的库存专用工具、检具,送有关部门鉴定,按鉴定结果,如需修理提请有关部门安排修理,同时要对新的专用的工具、检具提出订货。任务2 机械零件失效及修理更换的原则1.2.1 机械设备的故障

1.故障的概念

机械设备丧失了规定功能的状态称为故障。机械设备的工作性能随使用时间的增长而下降,当其工作性能指标超出了规定的范围时就出现了故障。机器发生故障后,其技术经济指标部分或全部下降而达不到规定的要求,如发动机功率下降,精度降低,加工表面粗糙度达不到预定等级,发生强烈振动,出现不正常的声响等。

显然,必须明确什么是规定的功能,设备的功能丧失到什么程度才算出了故障。比如汽车制动不灵,在规定的速度下刹车,停车超过了允许的距离,那么就认为是制动系统故障。“规定的功能”通常在机械设备运行中才能显现出来,如设备已丧失规定功能而设备未开动,则故障就不能显现。有时,设备还尚未丧失功能,但根据某些物理状态、工作参数、仪器仪表检测,可以判断即将发生故障并可能造成一定的危害,因此,应当在故障发生之前进行有效的维护或修理。

2.故障模式及其分类

每一种故障都有其主要特征,即故障模式。故障模式是故障现象的外在表现形式,相当于医学上的疾病症状。各种机器没备的故障模式包括以下数种:异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破断、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、过度变形、松弛、溶融、蒸发、绝缘劣化、短路、击穿、异常声响、材料老化、油质劣化、粘合、污染、不稳定及其他。

机械设备的故障按发生的原因或性质分为自然故障和人为故障两类。自然故障是指因机器各部分零件的磨损、变形、断裂、蚀损等而引起的故障,人为故障是指因使用了质量不合格的零件和材料,不正确的装配和调整,使用中违反操作规程或维护保养不当等而造成的故障,这种故障是人为因素造成的,可以避免。

3.故障的一般规律

机器设备的故障率随时间的变化规律如图1-3所示,此曲线常称为“浴盆曲线”。这一变化过程主要分为三个阶段:第一阶段为早期故障期,即由于设计、制造、运输、安装等原因造成的故障,故障率较高。随着故障一个个被排除而逐渐减少并趋于稳定,进入随机故障期,此期间不易发生故障,设备故障率很低,这个时期的持续时间称为有效寿命。第三阶段为耗损故障期,随着设备零部件的磨损、老化等原因造成故障率上升,这时若加强维护保养,及时修复或更换零部件,则可把故障率降下来,从而延长其有效寿命。图1-3 设备故障规律曲线1.2.2 机械零件的失效与对策

机器的故障和机械零件的失效密不可分。机械零件的失效最终必将导致机械设备的故障。关键零件的失效会造成设备事故、人身伤亡事故甚至大范围内灾难性后果。因此,有效地预防、控制、监测零件的失效,意义重大。

机械零件丧失规定的功能时,即称为失效。一个零件处于下列两种状态之一就认为是失效:不能完成规定功能;不能可靠和安全地继续使用。

机械设备类型很多,其运行工况和环境条件差异很大,机械零件失效形式也很多,发生的原因也各不相同,一般是按失效件的外部形态特征来分类的,主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四种较普遍的、有代表性的失效形式。

在生产实践中,最主要的失效形式是零件工作表面的磨损失效;而最危险的失效形式是瞬间出现裂纹和破断,统称为断裂失效。

失效分析是指分析研究机件磨损、断裂、变形、蚀损等现象的机理或过程的特征及规律,从中找出产生失效的主要原因,以便采用适当的控制方法。

失效分析的目的是为制订维修技术方案提供可靠依据,并对引起失效的某些因素进行控制,以降低设备故障率,延长设备使用寿命。此外,失效分析也能为设备的设计、制造反馈信息,为设备事故的鉴定提供客观依据。

1.零件的磨损

相接触的物体有相对运动或有相对运动趋势时所表现出阻力的现象称为摩擦,摩擦时所表现出阻力的大小叫做摩擦力。摩擦与磨损总是相伴发生的,而摩擦的特性与磨损的程度密切相关。机械设备在工作过程中,有相对运动零件的表面上发生尺寸、形状和表面质量变化的现象称为磨损。

对一台大修的发动机进行检测可以发现,凡有相对运动、相互摩擦的零件(如缸套、活塞、活塞环、曲轴、主轴承、连杆轴承等)都有不同程度的磨损。磨损的速度不仅直接影响设备的使用寿命,而且还造成能耗的大幅度增加,据估计,磨损造成的能源损失占全世界能耗的 1/3 左右,大约有80%的损坏零件是由于磨损造成的。因此,研究摩擦与磨损具有重大的经济价值。(1)磨损的一般规律

在不同条件下工作的机械零件,磨损发生的原因及形式各不相同,但磨损量随使用时间的延长而变化的规律相似。机械零件的磨损一般可分为三个阶段,如图1-4所示为磨损特性曲线。图1-4 磨损特性曲线

① 磨合(跑合)阶段 由于新加工零件表面比较粗糙,因此零件磨损十分迅速,随着时间的延长,表面粗糙度下降,实际接触面积增大,磨损速度逐渐下降。经过这一阶段以后,零件的磨损速度逐步过渡到稳定状态。选择合适的磨合载荷、相对运动速度、润滑条件等参数是尽快达到正常磨损的关键因素,应以最小的磨损量完成磨合。磨合阶段结束后,应清除摩擦副中的磨屑,更换润滑油,才能进入满负荷正常使用阶段。

② 稳定磨损阶段 摩擦表面的磨损量随着工作时间的延长而稳定、缓慢增长,属于自然磨损。在磨损量达到极限值以前的这一段时间是零件的耐磨寿命。它与摩擦表面工作条件、维护保养好坏关系极大。使用保养得好,可以延长磨损寿命,从而提高设备的可靠性与有效利用率。

③ 剧烈磨损阶段 由于摩擦条件发生较大的变化,如温度升高、金属组织发生变化、冲击载荷增大、润滑状态恶化、磨损速度急剧增加、机械效率下降、精度降低等,最后导致零件失效,机械设备不能继续使用。这一阶段应采取修复、更换等措施,防止设备故障与事故的发生。(2)磨料磨损

磨料磨损又称磨粒磨损,它是由于摩擦副的接触表面之间存在着硬质颗粒,或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时,所产生的一种类似金属切削过程的磨损现象。它是机械磨损的一种,特征是在接触面上有明显的切削痕迹。磨料磨损是农业机械、矿山机械、建筑机械、工程机械设备的主要破坏形式。如一台在多砂石地区工作的推土机,仅工作几十小时后发动机就不能正常工作了。拆开后检查发现缸旁严重磨损,进气管内残存许多砂粒,润滑油极脏。查其原因发现,进气管接头卡损坏,使空气未经滤清而进入汽缸,从而导致了严重的磨料磨损。

在各类磨损中,磨料磨损约占50%左右,是十分常见且危害性最严重的一种磨损,其磨损速率和磨损强度很大,致使机械设备的使用寿命大大降低,能源和材料大量消耗。

1)磨料磨损的机理

磨料磨损的机理属于磨料颗粒的机械作用,一种是磨粒沿摩擦表面进行微量切削的过程;另一种是磨粒使摩擦表面层受交变接触应力作用,使表面层产生不断变化的密集压痕,最后由于表面疲劳而剥蚀。磨粒的来源有外界砂尘、切屑侵入、流体带入、表面磨损产物、材料组织的表面硬点及夹杂物等。

磨料磨损的显著特点是:磨损表面具有与相对运动方向平行的细小沟槽,螺旋状、环状或弯曲状细小切屑及部分粉末。

2)减轻磨料磨损的措施

磨料磨损是目前造成机械设备工作性能下降以至出现故障的主要原因之一,减轻磨料磨损的常用方法如下。

① 减少磨料的进入 对机械设备中的摩擦副应阻止外界磨料进入,并及时清除摩擦副磨合过程中产生的磨屑。具体措施是配备空气滤清器及燃油、机油过滤器;增加用于防尘的密封装置等;在润滑系统中装入吸铁石、集屑房及油污染程度指示器;经常清理更换空气、燃油、机油滤清装置。

② 增强零件的耐磨性 可选用耐磨性能好的材料。对于要求耐磨又有冲击载荷作用的零件,可采用热处理和表面处理的方法改善零件材料的性质,提高表面硬度,尽可能使表面硬度超过磨料的硬度。如采用中碳钢淬火、低温回火得到马氏体钢的办法,使零件既具有耐磨性,又具有较好的韧性。选用一硬一软摩擦副、使磨料被软材料所吸收,减少磨料对重要、高价材料的磨损。对于精度要求不是非常高的零件,可用在工作面上堆焊耐磨合金的办法以提高其耐磨性。(3)黏着磨损

构成摩擦副的两个摩擦表面,在相对运动时各接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面所引起的磨损称为黏着磨损。根据零件摩擦表面破坏程度,黏着磨损可分为轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱以及咬死等五类。

1)黏着磨损机理

由于黏着作用,摩擦副在重载条件下工作,因润滑不良、相对运动速度高、摩擦产生的热量来不及散发,摩擦副表面产生极高的温度,材料表面强度降低,使承受高压的表面凸起部分相互黏着,继而在相对运动中被撕裂下来,使材料从强度低的表面上转移到材料强度高的表面上,造成摩擦副的灾难性破坏,如咬死或划伤。

2)减少黏着磨损的措施

① 控制摩擦副表面状态 摩擦表面洁净、光滑,无吸附膜,易发生黏着磨损。金属表面经常存在吸附膜,当有塑性变形后,金属滑移,吸附膜被破坏,或者温度升高(一般认为达到100~200℃时)吸附膜也会破坏,这些都易导致黏着磨损的发生。为了减轻黏着磨损的发生,应根据其工作条件(载荷、温度、速度等),选用适当的润滑剂,或在润滑剂中加入添加剂等,以建立必要的润滑条件。而大气中的氧通常会在金属表面形成一层保护性氧化膜,能防止金属直接接触和发生黏着,有利于减少摩擦和磨损。

② 控制摩擦副表面的材料成分与金相组织 材料成分和金相组织相近的两种金属材料之间最容易发生黏着磨损。这是因为两摩擦表面的材料形成固溶体或金属间化合物的倾向强烈,因此,作为摩擦副的材料应当是形成固溶体倾向最小的两种材料,即应当选用不同材料成分和晶体结构的材料。在摩擦副的一个表面上覆盖铅、锡、银、钢等金属或者软的合金可以提高抗黏着磨损的能力,如巴氏合金、铝青铜等常用作轴承衬瓦的表面材料,就是为了提高其抗黏着磨损的能力,钢与铸铁配对抗黏着性能也不错。(4)疲劳磨损

疲劳磨损是摩擦副材料表面上局部区域在循环接触应力作用下产生疲劳裂纹,由于裂纹不断扩展并分离出微片和颗粒的一种磨损形式。根据摩擦副之间的接触和相对运动方式可将疲劳磨损分为滚动接触疲劳磨损和滑动接触疲劳磨损两种形式。

1)疲劳磨损机理

疲劳磨损的过程就是裂纹产生和扩展的破坏过程。根据裂纹产生的位置,疲劳磨损的机理有两种情况。

① 滚动接触疲劳磨损 滚动轴承、传动齿轮等有相对滚动摩擦副表面间出现的麻点和脱落现象都是由滚动接触疲劳磨损造成的。其特点是经过一定次数的循环接触应力的作用,麻点或脱落才会出现,在摩擦副表面上留下痘斑状凹坑,深度在0.2mm以下。

② 滑动接触疲劳磨损 两滑动接触物体在距离表面下0.786b处(b为平面接触区的半宽度)切应力最大。该处塑性变形最剧烈,在周期性载荷作用下的反复变形使材料局部弱化,并在该处首先出现裂纹,在滑动摩擦力引起的剪应力和法向载荷引起的剪应力叠加结果下,使最大切应力从0.786b处向表面移动,形成滚动疲劳磨损,剥落层深度一般为0.2~0.4mm。

2)减少或消除疲劳磨损的对策

减少或消除疲劳磨损的对策就是控制影响裂纹产生和扩展的因素,主要有以下方面。

① 材质 钢中非金属夹杂物的存在易引起应力集中,这些夹杂物的边缘最易形成裂纹,从而降低材料的接触疲劳寿命。材料的组织状态、内部缺陷等对磨损也有重要的影响。

通常,晶粒细小、均匀,碳化物成球状且均匀分布,均有利于提高滚动接触疲劳寿命。轴承钢经处理后,残留奥氏体越多,针状马氏体越粗大,则表层有益的残余压应力和渗碳层强度越低,越容易发生微裂纹。在未溶解的碳化物状态相同条件下,马氏体中碳的质量分数在0.4%~0.5%时,材料的强度和韧性配合较佳,接触疲劳寿命高。对未溶解的碳化物,通过适当热处理,使其趋于量少、体小、均布,避免粗大或带状碳化物出现,都有利于避免疲劳裂纹的产生。

硬度在一定范围内增加,其接触疲劳抗力将随之增大。例如,轴承钢表面硬度为 62HRC 左右时,其抗疲劳磨损能力最大。对传动齿轮的齿面,硬度在 58~62HRC 范围内最佳,而当齿面受冲击载荷时,硬度宜取下限。此外,两接触滚动体表面硬度匹配也很重要。例如,滚动轴承中,滚道和滚动元件的硬度相近,或者滚动元件比滚道硬度高出10%为宜。

② 表面粗糙度 实践表明,适当降低表面粗糙度是提高抗疲劳磨损能力的有效途径,例如,滚动轴承的表面粗糙度由 Ra0.40μm 降低到 Ra0.20μm,寿命可提高 2~3 倍;由 Ra0.20μm 降低到Ra0.10μm,寿命可提高1倍;而表面粗糙度降低到Ra0.05μm以下对寿命的提高影响甚小。表面粗糙度要求的高低与表面承受的接触应力有关,通常接触应力大,或表面硬度高时,均要求表面粗糙度低。

此外,表面应力状态、配合精度的高低、润滑油的性质等都对疲劳磨损的速度产生影响。通常,表面应力过大、配合间隙过小或过大、润滑油在使用中产生的腐蚀性物质等都会加剧疲劳磨损。(5)腐蚀磨损

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,引起金属表面的腐蚀产物剥落,这种现象称为腐蚀磨损。它是在腐蚀现象与机械磨损、黏着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。因此,腐蚀磨损的机理与前述三种磨损的机理不同。腐蚀磨损是一种极为复杂的磨损过程,经常发生在高温或潮湿的环境,更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质条件下。

根据腐蚀介质的不同类型和特性,通常将腐蚀磨损分为氧化磨损和特殊介质下腐蚀磨损两大类。

① 氧化磨损 在摩擦过程中,摩擦表面在空气中氧或润滑剂中氧的作用下所生成的氧化膜很快被机械摩擦去除的磨损形式称为氧化磨损。

工业中应用的金属绝大多数都会被氧化而生成表面氧化膜,这些氧化膜的性质对磨损有重要的影响。若金属表面生成致密完整、与基体结合牢固的氧化膜,且膜的耐磨性能很好,则磨损轻微,若膜的耐磨性不好则磨损严重。如铝和不锈钢都易形成氧化膜,但铝表面氧化膜的耐磨性不好,不锈钢表面氧化膜的耐磨性好,因此不锈钢具有的抗氧化磨损能力比铝更强。

② 特殊介质中的腐蚀磨损 在摩擦过程中,环境中的酸、碱等电解质作用于摩擦表面上所形成的腐蚀产物迅速被机械摩擦所除去的磨损形式称为特殊介质中的腐蚀磨损。这种磨损的机理与氧化磨损相似,但磨损速率较氧化磨损高得多。介质的性质、环境温度、腐蚀产物的强度、附着力等都对磨损速率有重要影响。这类腐蚀磨损出现的概率很高,如流体输送泵,当其输送带腐蚀性的流体,尤其是含有固体颗粒的流体时,与流体有接触的部位都会受到腐蚀磨损。

搅拌器叶片、风机、水轮机叶片、内燃机汽缸内壁及活塞等也易发生严重的腐蚀磨损。因此,对于特定介质作用下的腐蚀磨损,可通过控制腐蚀性介质形成条件,选用合适的耐磨材料及改变腐蚀性介质的作用方式来减轻腐蚀磨损速率。(6)微动磨损

两个固定接触表面由于受相对小振幅振动而产生的磨损称为微动磨损,主要发生在相对静止的零件结合面上,例如键连接表面,过盈或过渡配合表面,机体上用螺栓连接和铆钉连接的表面等,因而往往易被忽视。

微动磨损的主要危害是使配合精度下降,过盈配合部件紧度下降甚至松动,连接件松动乃至分离,严重者引起事故。微动磨损还易引起应力集中,导致连接件疲劳断裂。

1)微动磨损的机理

由于微动磨损集中在局部范围内,同时两摩擦表面永远不脱离接触,磨损产物不易往外排除,磨屑在摩擦面起着磨料的作用;又因摩擦表面之间的压力使表面凸起部分黏着,黏着处被外界小振幅引起的摆动所剪切,剪切处表面又被氧化,所以微动磨损是一种兼有磨料磨损、黏着磨损和氧化磨损的复合磨损形式。

2)减少或消除微动磨损的对策

实践表明,材质性能、载荷、振幅的大小及温度的高低是影响微动磨损的主要因素。因而,减少或消除微动磨损的对策主要有下列几个方面。

① 材质性能 提高硬度及选择适当材料配副都可以减小微动磨损。将一般碳钢表面硬度从180HV提高到700HV时,微动磨损量可降低50%。一般来说,抗黏着性能好的材料配副对抗微动磨损也好。采用表面处理(如硫化或磷化处理以及镀上金属镀层)是降低微动磨损的有效措施。

② 载荷 在一定条件下,微动磨损量随载荷的增加而增加,但是当超过某临界载荷之后,磨损量则减小。采用超过临界载荷的紧固方式可有效减少微动磨损。

③ 振幅 振幅较小时,单位磨损率比较小;当振幅超过50μm时,单位磨损率显著上升。因此,应有效地将振幅控制在30μm以内。

④ 温度 低碳钢在0℃以上,磨损量随温度上升而逐渐降低;在150~200℃时磨损量突然降低;继续升高温度,磨损量上升;温度从135℃升高到400℃时,磨损量增加15倍。中碳钢在其他条件不变时,在温度为130℃的情况下微动磨损发生转折,超过此温度,微动磨损量大幅度降低。

2.零件的变形

机械零件在外力的作用下,产生形状或尺寸变化的现象称为变形。过量的变形是机械失效的重要类型,也是判断韧性断裂的明显征兆。例如,各类传动轴的弯曲变形,桥式起重机主梁下挠或扭曲,汽车大梁的扭曲变形,基础零件(如缸体、变速箱壳等)发生了变形等,相互间位置精度遭到了破坏。当变形量超过允许极限时,将丧失规定的功能。有的机械零件因变形引起结合零件出现附加载荷、加速磨损或影响各零部件间的相互关系,甚至造成断裂等灾难性后果。(1)金属零件的变形类型

金属零件受力作用所产生的变形可分为弹性变形和塑性变形(又称永久变形)两大类。在弹性变形阶段,应变与应力之间呈线性关系,应力消失后变形完全消除,恢复原状。在塑性变形阶段,应变与应力之间呈非线性关系,应力消失后变形不能完全消除,总有一部分变形被保留下来,此时,材料的组织和性能都会发生相应的变化。因此,研究变形,特别是塑性变形的变形规律及变形对零件性能的影响具有重要意义。

在金属零件使用过程中,若产生超量弹性变形(超量弹性变形是指超过设计允许的弹性变形),则会影响零件正常工作。例如,传动轴工作时,超量弹性变形会引起轴上齿轮啮合状况恶化,影响齿轮和支承它的滚动轴承的工作寿命;机床导轨或主轴产生超量弹性变形,会引起加工精度降低甚至不能满足加工精度。因此,在机械设备运行中,防止超量弹性变形是十分必要的。使用时应严防超载运行,注意运行温度规范,防止热变形等。

塑性变形导致机械零件各部分尺寸和外形的变化,将引起一系列不良后果。例如,机床主轴塑性弯曲,将不能保证加工精度,导致废品率增大,甚至使主轴不能工作。零件的局部塑性变形虽然不像零件的整体塑性变形那样明显引起失效,但也是引起零件失效的重要形式。如键连接、花键连接、挡块和销钉等,由于静压力作用,通常会引起配合的一方或双方的接触表面挤压(局部塑性变形),随着挤压变形的增大,特别是那些能够反向运动的零件将引起冲击,使原配合关系破坏的过程加剧,从而导致机械零件失效。(2)防止和减少机械零件变形的对策

在目前条件下,变形是不可避免的。引起变形的原因是多方面的,因此,减轻变形危害的措施也应从设计、制造、修理、使用等多方面来考虑。

① 设计 设计时不仅要考虑零件的强度,还要重视零件的刚度和制造、装配、使用、拆卸、修理等问题。

正确选用材料,注意工艺性能。如铸造的流动性、收缩性;锻造的可锻性、冷镦性;焊接的冷裂、热裂倾向性;机加工的可切削性;热处理的淬透性、冷脆性等。

合理布置零部件,选择适当的结构尺寸,改善零件的受力状况。如避免尖角,棱角改为圆角、倒角,厚薄悬殊的部分可开工艺孔或加厚太薄的地方;安排好孔洞位置,把盲孔改为通孔等。形状复杂的零件在可能条件下采用组合结构、镶拼结构等。

在设计中,注意应用新技术、新工艺和新材料,减少制造时的内应力和变形。

② 加工 在加工中要采取一系列工艺措施来防止和减少变形。对毛坯要进行时效处理以消除其残余内应力。

在制定机械零件加工工艺规程中,要在工序、工步的安排以及工艺装备和操作上采取减小变形的工艺措施。例如,粗精加工分开的原则,在粗精加工中间留出一段存放时间,以利于消除内应力。

机械零件在加工和修理过程中要减少基准的转换,尽量保留工艺基准留给维修时使用,减少维修加工中因基准不统一而造成的误差。对于经过热处理的零件来说,注意预留加工余量、调整加工尺寸、预加变形非常必要。在知道零件的变形规律之后,可预先加以反向变形量,经热处理后两者抵消;也可预加应力或控制应力的产生和变化,使最终变形量符合要求,达到减少变形的目的。

③ 修理 为了尽量减少零件在修理中产生的应力和变形,在机械大修时不能只是检查配合面的磨损情况,对于相互位置精度也必须认真检查和修复。为此,应制订出合理的检修标准,并且应该设计出简单可靠、易操作的专用工具、检具、量具,同时注意大力推广维修新技术、新工艺。

④ 使用 加强设备管理,严格执行安全操作规程,加强机械设备的检查和维护,避免超负荷运行和局部高温。此外,还应注意正确安装设备,精密机床不能用于粗加工,恰当存放备品备件等。

3.零件的断裂

机械零件在某些因素作用下发生局部开裂或分裂成几部分的现象称为断裂。零件断裂以后形成的新的表面称为断口。断裂是机械零件失效的主要形式之一,随着机械设备向着大功率、高转速方向发展,对断裂行为的研究已经成为日益重要的课题。虽然与磨损、变形相比,因断裂而失效的概率很小,但零件的断裂往往会造成严重设备事故乃至灾难性后果。因此,必须对断裂失效给予高度的重视。

虽然零件发生断裂的原因是多方面的,但其断口总能真实地记录断裂的动态变化过程,通过断口分析,能判断出发生断裂的主要原因,从而为改进设计、合理修复提供有益的信息。(1)断裂的分类

机械零件的断裂一般可分为韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂等形式。

① 韧性断裂 零件在断裂之前有明显的塑性变形并伴有颈缩现象的一种断裂形式称为韧性断裂。引起金属韧性断裂的实质是实际应力超过了材料的屈服强度所致。分析失效原因应从设计、材质、工艺、使用载荷、环境等角度考虑问题。

② 脆性断裂 零件在断裂之前无明显的塑性变形,发展速度极快的一种断裂形式称为脆性断裂。由于发生脆性断裂之前无明显的预兆,事故的发生具有突然性,因此是一种非常危险的断裂破坏形式。目前,关于断裂的研究主要集中在脆性断裂上。

③疲劳断裂 金属零件经过一定次数的循环载荷或交变应力作用后引发的断裂现象称为疲劳断裂。在机械零件的断裂失效中,疲劳断裂占很大的比重,约为80%~90%。

按断裂的应力交变次数又可分为高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳是指机械零件断裂前在低应力(低于材料的屈服强度甚至低于弹性极5限)下,所经历的应力循环周次数多(一般大于10次)的疲劳,是一种常见的疲劳破坏,如曲轴、汽车后桥半轴、弹簧等零部件的失效。低周疲劳承受的交变应力很高,一般接近或超过材料的屈服强度,因此每一次应力循环都有少量的塑性变形,而断裂前所经历的循环周次25较少,一般只有10~10次,寿命短。(2)断裂失效分析

断裂失效分析的步骤大致如下。

① 现场记载与拍照 设备事故发生后,要迅速调查了解事故前后的各种情况并做好记录,必要时需摄影、录像。

② 分析主导失效件 一个关键零件发生断裂失效后,往往会造成其他关联零件及构件的断裂。出现这种情况时,要理清次序,准确找出起主导作用的断裂件,否则会误导分析结果。

③ 找出主导失效件上的主导裂纹 主导失效件如果已经支离破碎,应搜集残块,拼凑起来,找出哪一条裂纹最先发生,这一条裂纹即为主导裂纹。

④ 断口处理 如果需要对断口作进一步的微观分析,或保留证据,就应对断口进行清洗,可用压缩空气或酒精清洗,洗完以后烘干。如果需要保存较长时间,可涂防锈油并存放在干燥处。

⑤ 确定失效原因 确定零件的失效原因时,应对零件的材质,制造工艺,载荷状况,装配质量,使用年限,工作环境中的介质、温度,同类零件的使用情况等作详细的了解和分析。再结合断口的宏观特征、微观特征,作出准确的判断,确定断裂失效的主要原因、次要原因。(3)断裂失效的对策

断裂失效的原因找出以后,可从以下几个方面考虑对策。

① 设计方面 零件结构设计时,应尽量减少应力集中,根据环境介质、温度、负载性质合理选择材料。

② 工艺方面 表面强化处理可大大提高零件疲劳寿命。表面适当的涂层可防止杂质造成的脆性断裂。某些材料热处理时,在炉中通入保护气体可大大改善其性能。

③ 安装使用方面 第一要正确安装,防止产生附加应力与振动,对重要零件应防止碰伤拉伤;第二应注意正确使用,保护设备的运行环境,防止腐蚀性介质的侵蚀,防止零件各部分温差过大,如冬季起动汽车时需先低速空运转一段时间,待各部分预热以后才能负荷运转。

4.零件的蚀损

蚀损即腐蚀损伤,是指金属材料与周围介质产生化学或电化学反应造成表面材料损耗、表面质量破坏、内部晶体结构损伤,最终导致零件失效的现象。金属腐蚀普遍存在,造成的经济损失巨大。据不完全统计,全世界因腐蚀而不能继续使用的金属制件,占其产量的10%以上。(1)蚀损的类型

按金属与介质作用机理,机械零件的蚀损可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

① 机械零件的化学腐蚀 化学腐蚀是指单纯由化学作用而引起的腐蚀。在这一腐蚀过程中不产生电流,介质是非导电的。化学腐蚀的介质一般有两种形式,一种是气体腐蚀,指干燥空气、高温气体等介质中的腐蚀;另一种是非电解质溶液中的腐蚀,指有机液体、汽油、润滑油等介质中的腐蚀,它们与金属接触时进行化学反应形成表面膜,表面膜在不断脱落又不断生成的过程中使零件腐蚀。

大多数金属在室温下的空气中就能自发地氧化,但在表面形成氧化层之后,如能有效地隔离金属与介质间的物质传递,就成为保护膜;如果氧化层不能有效阻止氧化反应的进行,那么金属将不断地被氧化。

② 金属零件的电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属与电解质物质接触时产生的腐蚀。大多数金属的腐蚀都属于电化学腐蚀。金属发生电化学腐蚀需要几个基本条件,一是有电解质溶液存在;二是腐蚀区有电位差;三是腐蚀区电荷可以自由流动。(2)减少或消除机械零件蚀损的对策

① 正确选材 根据环境介质和使用条件,选择合适的耐腐蚀材料,如含有镍、铬、铝、硅、钛等元素的合金钢;在条件许可的情况下,尽量选用尼龙、塑料、陶瓷等材料。

② 合理设计 设计零件结构时应尽量使整个部位的所有条件均匀一致,做到结构合理、外形简化、表面粗糙度合适。

③ 覆盖保护层 在金属表面上覆盖保护层,可使金属与介质隔离开来,以防止腐蚀。常用的覆盖材料有金属或合金、非金属保护层和化学保护层等。

④ 电化学保护 对被保护的机械零件接通直流电流进行极化,以消除电位差,使之达到某一电位时,被保护金属的腐蚀可以很小,甚至呈无腐蚀状态。

⑤ 添加缓蚀剂 在腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂(缓蚀剂是指能降低腐蚀速度的物质),可减轻腐蚀。按化学性质的不同,缓蚀剂有无机缓蚀剂和有机缓蚀剂二类。无机类缓蚀剂能在金属表面形成保护,使金属与介质隔开,如重铬酸钾、硝酸钠、亚硫酸钠等。有机化类缓蚀剂能吸附在金属表面上,使金属溶解和还原反应都受到抑制,减轻金属腐蚀,如胺盐、琼脂、动物胶、生物碱等。在使用缓蚀剂防腐时,应特别注意其类型、浓度及有效时间。1.2.3 机械零件修理更换的原则

在机械设备修理工作中,正确地确定失效零件是修复还是更换,将直接影响设备修理的质量、内容、工作量、成本、效率和周期等。

1.确定零件修换应考虑的因素(1)零件对设备精度的影响

有些零件磨损后影响设备精度,如机床主轴、轴承、导轨等基础件磨损将使被加工零件质量达不到要求,这时就应该修复或更换。一般零件的磨损未超过规定公差时,估计能使用到下一修理周期者可不更换,估计用不到下一修理期,或会对精度产生影响,拆卸又不方便的,应考虑修复或更换。(2)零件对完成预定使用功能的影响

当设备零件磨损已不能完成预定的使用功能时,如离合器失去传递动力的作用,凸轮机构不能保证预定的运动规律,液压系统不能达到预定的压力和压力分配等,均应考虑修复或更换。(3)零件对设备性能和操作的影响

当零件磨损到虽能完成预定的使用功能,但影响了设备的性能和操作时,如齿轮传动噪声增大、效率下降、平稳性差、零件间相互位置产生偏移等,均应考虑修复或更换。(4)零件对设备生产率的影响

零件磨损后致使设备的生产率下降,如机床导轨磨损,配合表面研伤,丝杠副磨损、弯曲等,使机床不能满负荷工作,应按实际情况决定修复或更换。(5)零件对其本身强度和刚度的影响

零件磨损后,强度下降,继续使用可能会引起严重事故,这时必须修换。重型设备的主要承力件,发现裂纹必须更换。一般零件,由于磨损加重,间隙增大,而导致冲击加重,应从强度角度考虑修复或更换。(6)零件对磨损条件恶化的影响

磨损零件继续使用可引起磨损加剧,甚至出现效率下降、发热、表面剥蚀等,最后引起卡住或断裂等事故,这时必须修复或更换。如渗碳或氮化的主轴支承轴颈磨损,失去或接近失去硬化层,就应修复或更换。

在确定零件是否应修复或更换时,必须首先考虑零件对整台设备的影响,然后考虑零件能否保证其正常工作的条件。

2.修复零件应满足的要求

机械零件失效后,在保证设备精度的前提下,能够修复的应尽量修复,要尽量减少更换新件。一般地讲,对失效零件进行修复,可节约材料、减少配件的加工、减少备件的储备量,从而降低修理成本和缩短修理时间。对失效的零件是修复还是更换,是由很多因素决定的,应当综合分析。修复零件应满足的要求如下。

① 准确性 零件修复后,必须恢复零件原有的技术要求,包括零件的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、硬度和技术条件等。

② 安全性 修复的零件必须恢复足够的强度和刚度,必要时要进行强度和刚度验算。如轴颈修磨后外径减小,轴套镗孔后孔径增大,都会影响零件的强度与刚度。

③ 可靠性 零件修复后的耐用度至少应能维持一个修理间隔期。

④ 经济性 决定失效零件是修理还是更换,必须考虑修理的经济性,修复零件应在保证维修质量的前提下降低修理成本。比较修复与更换的经济性时,要同时比较修复、更换的成本和使用寿命,当相对修理成本低于相对新制件成本时,应考虑修复。即满足:

式中 S——修复旧件的费用(元);修

T——修复零件的使用期(月);修

S——新件的成本(元);新

T——新件的使用期(月)。新

⑤ 可能性 修理工艺的技术水平是选择修理方法或决定零件修复、更换的重要因素。一方面应考虑工厂现有的修理工艺技术水平,能否保证修理后达到零件的技术要求;另一方面应不断提高工厂的修理工艺技术水平。

⑥ 时间性 失效零件采取修复措施,其修理周期一般应比重新制造周期短,否则应考虑更换新件。但对于一些大型、精密的重要零件,一时无法更换新件的,尽管修理周期可能要长些,也要考虑修复。

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