作者：上海市职业指导培训中心
出版社：江苏科学技术出版社
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机电设备维修工技能快速入门试读：
前言
进入21世纪后，随着新一轮经济增长周期的到来，经济发展将跨上一个新的平台。其中，以先进制造业为主的第二产业对我国国民经济的飞速发展起到非常重要的作用；制造业的迅速发展，为国民经济和社会发展作出了重要的贡献，成为我国经济腾飞的强劲引擎。根据联合国工业发展组织公布的《工业发展报告2002/2003》，我国制造业增加值占世界制造业的6.3%，位居美国、日本和德国之后，排名世界第4位。
随着我国工业化进程的加速、产业结构的调整和升级，经济发展对高质量技能人才的需求不断扩大。然而，技能人才短缺已是不争事实，并日益严重，这已引起中央领导和社会各界广泛关注。
面对技能人才短缺现象，政府及各职能部门快速做出反应，采取措施加大培养力度，鼓励各种社会力量倾力投入技能人才培训领域。同时，社会上掀起尊重技能人才的热潮，营造出一个有利于技能人才培养与成长的轻松、和谐的社会环境。
为认真贯彻党的十六届五中全会精神和《国务院关于大力推进职业教育改革与发展的决定》，适应全面建设小康社会对高素质劳动者和技能型人才的迫切要求，促进社会主义和谐社会建设，江苏科学技术出版社特邀请上海市职业指导培训中心的有关专家组织编写了“21世纪技工技能入门”系列丛书。
本套丛书的编写以企业对人才需求为导向，以岗位职业技能要求为标准，以与企业无缝接轨为原则，以企业技术发展方向为依据，以知识单元体系为模块，结合职业教育和技能培训实际情况，注重学员职业能力的培养，体现内容的科学性和前瞻性。《机电设备维修工技能快速入门》一书系统地介绍了机电设备维修基础知识、故障与失效理论概述、机电设备机械性损伤的检验与诊断、机械系统的拆装与润滑、机械零件的修复技术、典型机电设备的拆装与修理、设备维修质量保证与控制等内容，并通过实例提供详细的机电设备故障检修方法和技巧，以加深理解，达到事半功倍的效果。本书可作为高职、高专、成人高校及本科院校举办的二级职业技术学院实训教材，也可作为从事机电设备安装与维修工程技术人员和工人的培训教材，还可以供其他有关技术人员参考。
因编者水平有限，加上时间仓促，书中难免有错误和不妥之处，恳请读者批评指正。丛书委员会2010年4月第一单元 机电设备维修基础知识课题一 现代机电设备维修概述
随着社会生产力的发展及科学技术和社会文明的进步，质量的含义也不断丰富和扩展。从开始的实物产品质量发展为产品或服务满足规定和潜在需要的特征和特性的总和，再发展到今天的实体，即可以单独描述和研究的事物（如某项活动或过程，某个产品，某个组织、体系或人及它们的任何组合）的质量。新的质量体系ISO9001对质量的定义为“一组固定特性满足要求的程度”。目前更流行、更通俗的定义是从用户的角度去定义质量：质量是用户对一个产品（包括相关的服务）满意程度的量度。结合机电设备维修的特点，其广义质量是指通过修理行为所形成的设备实体的完整度及恢复其技术性能的程度，它既有满足生产建设所需要的功能和使用价值，又有符合设计要求、合同规定的所有性质和特点，是一个复杂的、完整的系统，具有多层次、多方面的要求。
质量是现代机电设备维修管理的核心，是决定维修活动成败的关键，它极大地影响着设备重新投入使用之后所发挥的工作效率的大小，影响着工程的完成进度。
机电设备的维修质量管理是为了达到制度、合同、设计要求所采取的一系列监管措施、手段和方法，它要求对机电设备维修所涉及的所有影响因素进行控制，借以提高维修活动的工作质量而达到保证设备维修质量的目的。一、现代机电设备概述
1.现代机电设备基本概念及其特点（1）现代机电设备基本概念
现代机电设备是以机电一体化技术应用为主的设备，它是随着机电一体化技术的产生、应用而出现的。
机电一体化（Mechatronics）一词最早起源于日本，取英文Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分拼合而成，字面上表示机械学与电子学两门学科的综合。机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术、计算机技术、传感器技术、接口技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个系统最优化而建立起来的一种新的科学技术。人们将应用了机电一体化技术的设备称为机电一体化设备或现代机电设备。（2）现代机电设备的特点
现代机电设备种类繁多，概括起来具有以下特点。
①提高了控制性能。现代机电设备使用微型计算机作为控制部件，具有记忆、运算和处理信息的功能，从而使得控制和检测灵敏度、精度及范围都得到了很大提高。不仅如此，它还可以实施用其他方法较难实现的各种现代控制策略，如自适应控制、非线性控制等。目前，它已从单机控制发展到群体的全面控制的水平。
②工作精度高。机电一体化技术使设备的传动部件减少，因而使机械磨损所引起的传动误差大大减少。同时还可以通过自动控制技术进行自行诊断、校正、补偿由各种干扰所造成的误差，从而使得现代机电设备的工作精度有了很大的提高。
③改善了操作性能。现代机电设备的显示普遍采用数字显示，装有人机对话装置（如键盘及显示器等），操作人员可以很方便地了解工作情况和发布操作命令。由于实现了程序控制，设备的按钮和手柄减少了，操作方法可通过显示器提示，从而简化了设备的操作，减少了操作过程中的错误，降低了劳动强度。
④具有柔性。现代机电设备可通过改变软件配置而无需改变硬件来满足市场需求的变化，及时调整产品结构和生产过程。它是解决多品种小批量生产的重要途径。
⑤具有适应面广的多种复合功能。
⑥能提高生产的安全性。现代机电设备具有自动监视、报警、自动诊断、自我保护及修复的功能，是一种智能化设备。遇到过载、失步、漏油和失电等不正常工作状况时它能自动采取对策，防止设备在运行中可能发生的危险，提高了生产的安全性，而且维护和检修都很方便。
⑦提高了可靠性。电子元件具有高灵敏度和高可靠性，大规模集成电路、涂塑导轨等新器件、新结构使现代机电设备的结构大为简单，大大地减少了可动构件和易损件，降低了故障率，提高了系统的可靠性。
因此，现代机电设备具有节能、优质、低成本的共性。机电一体化技术是目前世界各国竞相发展的先进技术。
2.现代机电设备组成要素
现代机电设备，不论其体积是大还是小，结构是复杂还是简单，也不论它的功能是多还是少，都是一个由机械零件和电子元件组成的有机整体，都是一个完整的系统。一般来说，现代机电设备包括机械本体、动力部分、检测及传感器部分、执行机构和控制器等几个基本组成要素，这些基本组成要素的关系及功能如图1-1所示。图1-1 现代机电设备组成要素及其功能（1）机械本体
机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。机械本体的主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。为了充分发挥机电一体化的优点，必须使机械本体部分具有高精度、轻量化和高可靠性。过去的机械均以钢铁为基础材料，而要实现机械本体的高性能，除了采用钢铁材料以外，还必须采用复合材料或非金属材料。要求机械传动装置有高刚度、低惯量、较高的谐振频率和适当的阻尼性能，从而对机械系统的结构形式、制造材料、零件形状等方面都相应提出了特定的要求。机械结构是机电一体化系统的机体。各组成要素（子系统）均以机体为骨架进行合理布局，有机合成一个整体，这不仅是系统内部结构的设计问题，而且也包括外部造型的设计问题。要求机电一体化的系统整体布局合理，使用、操作方便，造型美观。（2）动力部分
动力部分的功能是按照机电一体化系统的要求提供能量和动力，使得系统正常运行。（3）检测及传感器部分
检测部分的功能是对系统运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变换成可识别信号，送往控制装置，经过信息处理后产生相应的控制信息。
检测部分如各种光电传感器，测量温度的电阻和热电偶，测量压力和液位的波纹管，以及测量流速和流量的节流孔板，测量压力大小的霍尔元件等。检测元件把检测到的信号经过放大、变换，然后传送到计算机，作为计算机进行分析和判断的依据。（4）执行机构
执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。执行机构是运动部件，它将输入的各种形式的能量转换为机械能。常用的执行机构可分为两类：一类是电气式执行部件，按运动方式的不同又可分为旋转运动元件和直线运动元件，旋转运动元件主要指各种电动机，直线运动元件有电磁铁、压电驱动器等；另一类是液压或气动执行部件，主要包括液压缸、汽缸、液压马达和气压马达等执行元件。（5）控制器
控制器是现代机电设备的核心部分。它根据系统的状态信息和系统的目标，进行信息处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统按预定程序运行，并达到预期的性能。控制器通常是由电子线路和计算机组成的。（6）接口
现代机电设备由许多要素或子系统构成，各子系统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换，为此各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系部件，这个部件称为接口。接口的基本功能主要有3个。
①交换。需要进行信息交换的传输环节之间，由于信号的模式不同（如数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等），无法直接实现信息或能量的交流，只有通过接口来完成信号或能量的统一。
②放大。在两个信号强度相差悬殊的环节之间，经接口放大，达到能量的匹配。
③传递。经变换和放大后的信号在环节间能达到可靠、快速、准确地交换，还必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范；因此，接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。
3.现代机电设备分类
尽管现代机电设备种类繁多，而且还在不断地增加，但仍可以按不同的方法进行划分。（1）功能划分法
①数控机械类。主要产品为数控机床、机器人、发动机控制系统和自动洗衣机等。其特点为执行机构是机械装置。
②电子设备类。主要产品为电火花加工机床、线切割加工机床、超声波缝纫机和激光测量仪等。其特点为执行机构是电子装置。
③机电结合类。主要产品为自动探伤机、形状识别装置和Cr扫描诊断仪、自动售货机等。其特点为执行机构是机械和电子装置的有机结合。
④电液（气）伺服类。主要产品为机电一体化的伺服装置。其特点为执行机构是液压驱动的机械装置，控制机构是接收电信号的液压或气动伺服阀。
⑤信息控制类。主要产品为电报机、传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机和办公自动化设备等。其特点为执行机构的动作完全由所接收的信息来控制。（2）设备与能源关系划分法
①电工设备。又可分为电能发生设备、电能输送设备和电能应用设备。
②机械设备。又可以分为机械能发生设备、机械能转换设备和机械能工作设备。（3）工作类型划分法
原轻工部将机电设备按工作类型分为10个大类，每大类又分为10个中类，每个中类又分为10个小类。10个大类如表1-1所示。
4.现代机电设备技术特点（1）相关技术
现代机电设备是各种技术相互渗透的结果，其主要相关技术可以归纳为机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、接口技术、系统总体技术7个方面。
①机械技术。机械技术是现代机电设备的基础。现代机电设备与传统机械产品相比的优点是：机械结构更简单，机械功能更强和性能更优越。现代机电设备要求具有更新颖的结构、更小的体积、更轻的重量，还要求精度更高、刚度更大、动态性能更好。为了满足这些要求，在设计和制造机械系统时，除了考虑静态、动态的刚度及热变形的问题外，还要考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装备。
②检测传感技术。检测传感装置是现代机电设备的感觉器官，即从待测对象那里获取待测对象的特征与状态的信号。检测传感技术的内容：一是研究如何将各种物理量（如位置、位移、速度、加速度、力、温度、压力、流量、成分等）转换成与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标度等。
现代机电设备要求传感装置能快速、精确、可靠地获取信息，并价格低廉；但是，目前检测传感技术的发展还难以满足控制系统的要求。不少机电设备不能达到满意的效果或无法达到设计要求的关键原因在于没有合适的传感器。因此，检测传感技术是现代机电设备的关键技术。
③信息处理技术。信息处理技术包括信息变换、存取、运算、判断和决策，信息处理大都是依靠计算机来进行的，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术、硬件技术和网络与通讯技术等。现代机电设备中主要采取工业控制机（包括可编程控制器，单回路及多回路调节器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布式计算机测控系统等）进行信息处理。计算机的迅速发展已成为促进现代机电设备技术发展和变革的最活跃因素。提高信息处理的速度，提高可靠性，加强智能化是信息处理技术今后发展的方向。
④自动控制技术。自动控制技术的目的在于实现现代机电设备控制系统的最优化。自动控制所依据的理论基础是自动控制原理，它可分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论主要研究单输入单输出、线性定常系统的分析和设计问题，现代控制理论主要研究具有高性能、高精度多变量系统的最优控制问题。自动控制技术还包括在控制理论指导下，对具体控制系统的设计、仿真和现场调试等。由于控制对象种类繁多，所以自动控制技术的内容极其丰富。现代机电设备中自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制、自适应控制等。
⑤伺服传动技术。“伺服”即“伺候服侍”的意思，就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。伺服传动系统中所采用的驱动技术与所使用的执行元件有关。伺服传动系统按执行元件不同可分为液压（气动）伺服系统和电气伺服系统两类。液压伺服系统工作稳定、响应速度快、输出力矩大，特别是在低速运行时的性能更具有突出的优点。但液压伺服系统需要增加液压动力源，设备复杂、体积大、维修费用大，还存在污染环境等缺点。因此，液压伺服系统仅用在大型设备和有特殊需求的场合，其他大部分场合都采用电气伺服系统。电气伺服系统采用电动机作为伺服驱动元件，具有控制灵活、费用小、可靠性高等优点，缺点是低速时输出力矩不够大。近年来随着电动机技术和电力与电子技术的进步，促进了电气伺服系统的发展。
⑥接口技术。在现代机电设备中，微型计算机、机械部分、检测传感部分、驱动部分等主要组成部件之间需要相互传递信息，但它们之间由于存在诸如工作速度快慢不一致，输入输出信号有模拟量与数字量的差别，阻抗不匹配及需选择合适的分析频率范围的问题，因而不能直接连接，需要在各部分之间设置接口电路来协调。最初的接口电路是指在计算机系统中，中央处理器CPU与外围设备之间的电路。在这里，接口技术已不再单纯地属于计算机，而是独立成为一门重要技术而立足于现代机电设备之中。
⑦系统总体技术。系统总体技术是用整体的概念组织应用各种相关技术的应用技术。即从全局角度和系统目标出发，将系统分成若干功能子系统，对于每个子系统的技术方案都首先从实现整个系统技术协调的观点来考虑，对于子系统与子系统之间的矛盾或子系统和系统整体之间的矛盾都要从总体协调的需要来选择解决的方案。现代机电设备是一个技术综合体，利用系统总体技术将各种有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。（2）技术特点
机电一体化技术既不同于传统的机械技术、电子技术和微电子技术，又不同于普通的计算机技术，而是在这些技术的基础之上，使它们相互融合、相互渗透并产生飞跃而形成的新技术，是现代机电设备的技术基础。与传统技术相比较，机电一体化技术有如下几个特点。
①综合性和系统性。机电一体化技术是由机械技术、电子技术、计算机技术等相结合而形成的一门跨学科的边缘学科，具有综合性和系统性。
由于组成机电一体化技术的机械技术、电子技术、自动控制技术、传感技术、接口技术、模拟量与数字量的转换技术及计算机技术等被综合成一个完整的系统，因此，综合的结果使原来的各种技术扬长避短，并达到满意的效果。
综合性和系统性使现代机电设备摆脱了老式产品技术单一、功能单调的缺点，具有复合技术和复合功能的特点，因此它的功能和自动化程度都优于老式产品或设备。
一般来说，现代机电设备都具有自动控制、自动校验、自行诊断、自行恢复、自动保护和智能化等多种功能，它能应用于不同的场合、不同的领域，并有极强的应变能力，可以满足用户的各种需要。例如电子式空气断路器，它的保护性是可以调节的，既可以选择脱扣保护，也可以选择测试正常时的电流和脱扣时的电流，还可以选择显示电流并进行故障的自行诊断等。
②层次多、覆盖面广。机电一体化技术不仅用在单机产品中，而且可以应用于整个工程系统中。从简单的单机产品，到现代机械加工中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的、多参数多级控制；从机械零部件进行连续自动热处理的生产线到各种现代化高速重型机械的自动生产线等，在这些不同的技术层次中，机电一体化技术都有用武之地，它有着覆盖面很广的应用领域。
计算机技术的应用已到了无处不在、无孔不入的地步。同样，计算机技术与机械技术的结合也有着十分广阔的领域和空间。它们结合的深度和广度完全取决于人们探索和发现科学技术的程度。
③简化了机械结构和操作。机电一体化技术可使过去由机械连接的各个部分，改用几台电动机分别驱动，并用电子装置使这些部分进行动作的协调。这样就使机械的结构大大简化了，有时甚至发生了彻底的变化。
机电一体化技术成功地改变了操作人员进行频繁而又紧张地重复某个单调操作的情况。因为在机电一体化的装置或系统中，各个传动部件之间的动作和功能的协调关系，完全由预先设计的程序一步一步地由电子控制系统指挥来实现，如数控机床、柔性加工系统（flexure manufacturing system,FMS）、电动机出厂前的自动检验流水线等。
机电一体化技术用密集型的技术和密集型的知识，简化了机械结构，改善了操作性能，从而将人们从繁重的劳动中解放出来，因此，机电一体化技术是通向工业、农业、科学和军事现代化的重要途径。
④增加功能，提高加工精度。机电一体化技术使机械的传动部件减少，因而使机械磨损及由于配合间隙过大所引起的动作误差大大减少。同时，由于采用了电子技术和反馈控制技术，还能对加工误差进行补偿处理，因而可以精确地加工到预先给定的尺寸，达到老式机械无法达到的工作精度。
此外，现代机电设备可以模拟最佳技术工人的操作技巧，并能不受人的主观因素的影响（如疲劳、体质弱），始终如一地进行最佳的操作，保证了设备有最佳的质量、最高的合格率和最低的成本，因而提高了劳动生产率。
通过改变程序、指令等，而无需改变硬件结构就可以对设备的功能进行变换，这样使得机械功能的给定和改变向着软件化和智能化的方向发展。如计算机控制的万能电器保护装置，既可实现各种自动检测和保护，还可以对系统的欠压、过载、短路、断相、不平衡、连锁等情况进行全面的保护和控制，被广泛地应用于电站、车船、煤矿等处。
⑤安全、可靠、寿命长。人们都不希望所使用的产品或设备发生伤人、设备损坏或产品报废的情况。现代机电设备一般都具有自动保护的功能，可避免或减少事故发生的可能性，显著地提高了安全性，例如汽车的防撞车控制系统。在电网的干线、分支线和用电设备的终端装上电子式漏电保护断路器之后，就能有效地提高整个电网及用户用电的安全。
现代机电设备还可以在恶劣和危险的环境中进行无人自动操作。目前我国还有相当多的人是在强辐射、有毒害，或高粉尘、有爆炸、有塌陷危险的条件下工作，如果采用机电一体化技术，研制出第二代有感觉功能的机器人及第三代智能机器人，就能使成千上万的人从恶劣、危险的操作环境中解放出来。机器人是可以在有危险的海底、宇宙空间、核反应堆等场合工作的典型的现代机电设备。
传统机械装置有磨损形成的间隙，使得机械动作出现误差，发出摩擦、撞击的噪声，于是缩短了装置的寿命，降低了稳定性和可靠性。机电一体化的装置，几乎没有机械磨损，因此装置的寿命提高，故障率也降低了，它的可靠性和稳定性也令人满意。
⑥产品开发复杂，使用简便、有柔性。开发产品时需要密集型的知识，在使用时却操作简易、性能可靠、有柔性，这是现代机电设备的特点之一。
研制开发现代机电设备往往要涉及数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电子学、电工学、光学、自动控制和计算机科学等专业的知识。例如，静电复印机、彩色印相机等就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合而成的新型产品。设计这类产品的工程技术人员在设计之前，首先需对自身的知识结构进行更新并提出更高的要求。现代化的技术产品只能由具有现代化技术的人去掌握和开发。若要生产具有多功能的先进设备，就必然要求开发者具有多方面的知识和智慧。
然而操作者一般无需精通复印机的结构和原理，也不一定要有丰富的知识，用很简单的操作就能实现复杂的功能，并能得到理想的效果。例如，一座非常复杂的现代化大型熔炼炉的控制系统，它控制的项目有最优配料、多台电炉的功率控制、控制球化和孕育处理、记录铁水浇注的情况、铁水的成分等，而这个系统从启动到熔炼炉作业完毕，只需操作几次按钮即可。
柔性也是现代机电设备的特点之一。根据需求的变化，用机电一体化技术无需改装设备就可以及时地对产品的结构和生产过程作必要的调整、修改，因此机电一体化技术是解决多品种、少批量生产的重要途径。
机械制造业中的许多零部件，它们的生产批量往往仅在50件左右，因此机械制造业基本上是属于劳动密集型的生产，生产成本高、生产周期长。如果利用数控加工中心或柔性制造系统来加工机械零部件，就可以方便、灵活地进行批量少、品种多的自动化生产。
此外，现代机电设备还可以变更控制程序，即可根据各种用户要求、各种对象及生产现场参数的变化而进行相应的工作方式的调整。因为程序的变更只要通过操作键盘，使用磁盘、磁带等输入方式即可完成。改变了程序之后，现代机电设备就可以改变自己的工作方式，适应新的需要。
⑦节约能源。节约能源（电、油、煤、气、焦炭、木材等）是国家的重要决策，是人民关心的重要课题。现代机电设备，正是通过采用低能耗的驱动机构和最佳的调节控制系统来提高能源利用率的，所以它的能耗最低。
⑧产品具有竞争力。现代机电设备结构简单，零部件有小型、重量轻的特点，零件的数目少，耗用的材料尤其是贵重材料的量也减少了许多，再加上加工工时和准备工具的工时减少及成品率提高，因此其性能与价格的比值要比常规产品高，而且维修方便，使用寿命长。
机电一体化技术赋予产品更新换代的活力，因此它的产品不断地由低档、中档上升为高档。现代机电设备在功能、水平、质量、品种和使用效果等方面都能更好地满足国内外市场的需要，因而增强了产品的竞争能力，比较容易打开市场的销路，并为国家增加外汇收入。
5.现代机电设备发展趋势
现代机电设备随机电一体化技术的发展呈现以下几种趋势。（1）现代机电设备的高性能化趋势
高性能化一般包括高速度、高精度、高效率和高可靠性。为了满足“四高”的要求，新一代数控系统采用了32位多CPU结构，在伺服系统方面使用了超高速数字信号处理器，以达到对电动机的高速、高精度控制；为了提高加工精度，采用高分辨率、高响应的检测传感器和各种误差补偿技术；在提高可靠性方面，新型数控系统大量使用大规模和超大规模集成电路，从而减少了元器件数量和它们之间连线的焊点，降低了系统的故障率，提高了可靠性。（2）现代机电设备的智能化趋势
人工智能在现代机电设备中的应用越来越多，例如自动编程智能化系统在数控机床上的应用。原来必须由编程员设定的零件加工部位、加工工序、使用刀具、切削条件、刀具使用顺序等，现在可以由自动编程智能化系统自动地设定，操作者只需输入工件素材的形状和加工形状的数据，加工程序就可自动生成。这样不仅缩短了数控加工的编程周期，而且简化了操作。
目前，除了数控编程和故障诊断智能化外，还出现了智能制造系统控制器，这种控制器可以模拟专家的智能制造活动，对制造中的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。因此，随着科学技术的进步，各种人工智能技术将普遍应用于现代机电设备中。（3）现代机电设备的系统化发展趋势
由于机电一体化技术在机电设备中的应用，现代机电设备的构成已不是简单的“机”和“电”，而是由机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、软件技术构成的一个综合系统，各技术之间相互融合，彼此取长补短，其融合程度越高，系统就越优化。所以现代机电设备的系统化发展，可以获得最佳效能。（4）现代机电设备的轻量化发展趋势
随着机电一体化技术在机电设备中的广泛应用，现代机电设备正在向轻量小型化方向发展，这是因为，构成现代机电设备的机械主体除了使用钢铁材料之外，还广泛使用复合材料和非金属材料；加上电子装置组装技术的进步，设备的总体尺寸也越来越小。二、设备维修的基本概念
1.维修的含义
维修的对象是设备。设备是人们从事生产活动、工程建设或进行某项工作所必需的成套设施或器械。因此，维修的广义对象可以指各种产品、各种设施和各种系统。
维修包含维护和修理两个方面的含义。
①维护是为使设备保持规定状态所采取的措施。如润滑、燃料补给、检查与调整、清洁等。也就是保养。
②修理又称修复性维修，是设备发生故障后，使其恢复到规定状态所进行的全部活动。它可以包括下述一个或全部步骤：故障定位，故障隔离、分解、更换、再装、调整及检测等。
此外还有改善性或改进性维修，即在维修的同时通过革新来改进和提高现有设备效能的一切措施。
简单地讲，维护是维持设备在正常运转时不出现故障或延迟故障的发生；而一旦发生了故障，通过修理使其尽快恢复功能，以便尽早投入正常运行。从可靠性角度来讲，维修的目的是以最低的费用最佳地保持或迅速地恢复设备的功能。
2.维修的方式
所谓维修方式，指的是以维修对象的技术特性为依据，对进行维修的时机实施控制的方式。典型的维修方式有事后维修、预防维修、可靠性维修及改进性维修、改造性维修等。现就各种维修方式及其特点介绍如下。（1）事后维修
事后维修是指设备发生故障后才进行的维修。事后维修包括查找故障部位，进行修复或更换零部件，进行调整、验收等一系列技术活动。这种维修方式由于事先对故障现象没有充分的掌握，而且多数情况下故障是由于一些偶然因素所致，因此故障造成停机停产的经济损失较大。此外，由于不能事先做好维修的准备工作，这种应急性维修，往往相对地维修时间长，维修费用高，维修质量相应地也不易充分得到保证。这是一种古老的维修方式，仅适用于安全性、可靠性要求不高的情况。
另一种事后维修称为事后监控维修，是根据过去的资料，在对设备的主要零部件及总体故障进行统计分析的基础上，工作中采取相应的监控措施不断地监控设备的可靠性，直到零部件发生故障之后才进行修复，并对故障进行分析记录，根据分析的结果，进而采取相应的改进设计及修改维修规程（包括维修方式、周期、工作内容及操作方法等）。显然这种维修方法是建立在故障分析及故障诊断的理论基础上的，适合于对安全没有直接危害的偶然故障及规律不清楚的故障进行维修。（2）预防维修
预防维修是指设备未发生停机故障或损失之前所进行的维修。随着机电设备或系统结构的日趋复杂，以及因发生故障所造成的经济损失日益增大，那种只通过事后维修的方法越来越满足不了需要，尤其是那些安全性受到特别重视的交通运输工具或生产系统中的关键设备，采用预防维修是不可缺少的。
预防维修方法从其发展过程上说，又分为定期（HT）维修、视情（OC）维修和监控（CM）维修等几种基本形式。
①定期维修。根据使用经验及统计资料，规定出相应的维修程序，每隔一定时间就进行一次维修，对设备中某些零部件进行更换或修复，以防止其发生功能性故障。定期维修立足于概率论的基础之上，根据系统内主要零部件发生故障时间的统计分布来确定维修周期，这样能使维修工作可以在有计划、有准备的情况下进行。但这种方式由于必须对零部件进行拆卸分解和离位式的检查维修，不仅增加了维修时间，也影响了设备的固有可靠性。另外，所规定的维修周期，往往受多种因素，特别是受偶然性故障的影响，不能完全符合实际，往往不是造成设备失修就是维修次数增多。但由于维修可以事先尽量安排在非生产时间内进行，能使停机所造成的损失减到最小，所以到目前为止，在机电设备维修中定期维修仍是广泛采用的一种维修方式。
②视情维修和监控维修。视情维修亦称按需维修。视情维修是对设备进行连续性状况监控，当其一个或几个监测的特性降到某种标准值以下时就进行维修，以消除潜在故障，避免进一步发生功能性故障，故又称监控维修。视情维修立足于失效分析的基础之上。这要配备有可靠的监控及测试装置，不断地对零部件进行特性值的测定，直至发现有某种故障征兆的时候才进行更换或修理。因此，它既能提高设备的有效度，又能充分发挥零部件的潜力。这种维修方式在航空发动机等复杂系统的维修工作中，已取得了显著的效果。（3）可靠性维修
以可靠性为中心的维修称为可靠性维修。它以可靠性理论为基础，通过对影响可靠性因素的具体分析和试验，应用逻辑分析决断法，科学地制定维修内容，优选维修方式，合理确定使用期，以控制机电设备的使用可靠性。
可靠性维修认为大型复杂的系统，设计上已经做到只有少数故障才对安全有直接危害，故根据其特点，应用可靠性分析对其严加控制，对非耗损性单元或零部件可不进行预防性维修，扩大和应用视情维修方法及事后监控维修方法，尽可能在充分发挥设备固有可靠性的原则下制定合理、经济的维修规程，也就是要以最低的费用来保持和恢复设备的固有可靠性水平。这种维修思想必须根据实际情况，立足于现在，着眼于发展，不断地收集、分析使用维修中的数据资料，适时改进维修规程及为改进设计提供科学的信息和依据。因此，以可靠性为中心的维修思路及方式，很值得重视和研究，它将使设备维修工作进一步走向科学化、现代化。（4）改进性或改造性维修
改进性或改造性维修是指在进行一般性维修的同时或专门安排的利用现代技术或先进经验进行的技术改造活动中，给旧设备更换上新的部分或附件，以提高现有设备的效能或降低全寿命费用。例如：机床增设微机控制系统以提高精度和效率；车辆在大修时对主要的易磨损件进行强化处理以延长寿命；现役飞机加装阻力伞以缩短降落滑行距离；化工过程设备设置某些故障报警装置以提高安全性等。
改进性或改造性维修可以把维修与更新结合起来，用最小的代价使设备性能更趋完善或得到一定提高，故有人称为设备的现代化改装。受费用资产的限制，任何单位、企业或国家的设备不可能大批更新，而在技术发展很快的形势下，这种维修无疑是一种特别有意义的设备维修策略。（5）以利用率为中心的维修
该维修方式是20世纪90年代才发展起来的一种新的维修方式。由于各种新技术在生产中的应用，设备生产率大幅度提高，若生产设备发生故障，其代价很大，尤其对于过程工业，这种趋势给维修带来更大的负担。以利用率为中心的维修就是针对过程工业中成套设备的性能，确定出单台设备在生产过程中担负任务的主次，评估其可利用率，找出关键项目故障模式，采取有针对性的故障分析和状态监测技术，编制出每台设备的维修规划和成套设备的维修规划，并以此为依据实施维修。
这种维修方式对于已经投入使用的成套设备进行维修改进是十分方便的，与以可靠性为中心的维修相比，它所使用的资料信息更容易得到。
具体的设备采用哪一种维修方式取决于设备本身的特点和使用的目的，其选择原则是设备的可靠度、维修度和可用度尽量提高，而维修代价（包括时间和费用）则尽量减少。课题二 电工工具及使用一、电工常用工具及使用方法
1.低压验电笔
验电笔又称为低压验电器，它被比喻为电工的“眼睛”，是用来检测物体是否带电的一种电工专用工具。检测电压范围在60～5000V之间。常用电笔形式主要有钢笔式、螺丝刀式和感应式等（图1-2）。图1-2 电笔的结构组成（1）结构组成
常用的电笔由氖管、电阻、弹簧、笔身和笔尖等组成（图1-2）。（2）验电原理
用电笔验电时，被测带电体通过电笔、人体与大地之间形成电位差，产生电场，电笔中的氖管在电场作用下便会发出红光。（3）电笔握法
在使用电笔时，应采用正确的握法，并使氖管窗口面向自己，便于通过透窗观察（图1-3）。图1-3 电笔握法示意
2.高压验电器
无论高、低压验电器，其构造和原理是一样的，利用氖管（泡）、电阻同人体与大地构成泄漏电流回路，使氖管发光显示是否有电。高压验电器有几个电压等级，构造应用的电阻越大，其被测电压相应就越高。在低压上用的叫试（测）电笔，为防感应电测不准，应避光测试。为准确测试低压电，还应配合万用表判断。高压验电器结构如图1-4所示。
3.螺丝刀
螺丝刀又称为旋凿或起子，是用来拆卸、紧固螺钉的工具。（1）样式
螺丝刀的样式和规格较多，按头部形状分，常用的有一字形、十字形和专用形等多种；按握柄材料分，常用的有木柄、塑柄和胶柄等多种（图1-5）。图1-4 高压验电器的结构和使用方法图1-5 螺丝刀的外形（2）使用螺丝刀应注意的事项
①电工作业时绝不可以使用通心螺丝刀，以防触电。
②使用螺丝刀松紧带电的螺钉时，手绝不可以接触螺丝刀的铁杆，以免触电。（3）常用螺丝刀的使用方法
①短螺丝刀的使用：短螺丝刀多用来松紧电气装置接线桩上的小螺钉，使用时可用大拇指和中指夹住握柄，用食指顶住柄的末端捻旋[图1-6（a）]。
②长螺丝刀的使用：长螺丝刀多用来松紧较大的螺钉。使用时，除大拇指、食指和中指要夹住握柄外，手掌还要顶住柄的末端，这样就可以防止旋转时滑脱，用法如图1-6（b）所示。
③较长螺丝刀的使用：可用右手压紧并转动手柄，左手握住螺丝刀的中间（不得放在螺钉的周围），以防刀头滑脱将手划伤。图1-6 螺丝刀的使用图1-7 尖嘴钳
4.钳类工具（1）尖嘴钳
尖嘴钳的头部尖细，适用于在狭小的工作空间操作。常用的尖嘴钳多是带刃口的。其常用外形如图1-7所示。
尖嘴钳可实现以下用途：
①能夹持较小螺钉、垫圈、导线等元件施工。
②带刃口的尖嘴钳能剪断细小金属丝。
③在装接电气控制线路板时，尖嘴钳能将单根导线弯成一定圆弧的接线鼻。（2）钢丝钳
电工用钢丝钳为绝缘手柄，常用钢丝钳外形如图1-8所示。
①结构：钢丝钳由钳头和钳柄两部分组成，钳头由钳口、齿口、刀口和铡口四部分组成。钳口用来弯绞或钳夹导线线头；齿口用来紧固或旋松螺母；刀口用来剪切导线或剖削软导线绝缘层；铡口用来铡切电线线芯、钢丝或铁丝等较硬金属。其结构及用途如图1-8所示。图1-8 电工钢丝钳的结构及使用示意
②使用钢丝钳的注意事项：使用前应检查绝缘柄是否完好，以防带电作业时触电。当剪切带电导线时，绝不可同时剪切相线和零线，或两根相线，以防发生短路故障。（3）断线钳
常用的断线钳钳柄有铁柄、管柄和绝缘柄三种形式；绝缘柄断线钳的外形如图1-9所示。断线钳专门用于剪断较粗的金属丝、线材及电线电缆等；其中电工常用的绝缘柄断线钳耐压强度为1000V。（4）剥线钳
用于剥除小直径导线绝缘层的专用工具，其常用外形如图1-10所示，耐压强度为500V。
使用剥线钳时，先选定好被剥除的导线绝缘层的长度，然后将导线放入相应的刃口中（比导线直径稍大），用手将钳柄一握，导线的绝缘层即被割破而断开。图1-9 断线钳图1-10 剥线钳图1-11 电工刀
5.电工刀
电工刀是用来剖削电线线头，切割圆木、木台缺口，削制木榫的工具，其外形如图1-11所示。
使用电工刀时，应将刀口朝外剖削，以免伤手；剖削导线绝缘层时，应使刀面与导线成较小的锐角，以免割伤导线；电工刀刀柄是无绝缘保护的；不能在带电导线或器材上剖削，以免触电。
6.电动工具类（1）电钻
电钻是利用钻头加工孔的常用电动工具。常用的电钻有手枪式和手提式等类型，其外形如图1-12所示。电钻通常使用220V单相交流电源，在潮湿的环境中多采用安全低电压。图1-12 电钻（2）冲击钻
其外形如图1-13所示。
①作为普通电钻用：使用时把调节开关调到标记为“旋转”的位置，即可作为电钻使用。图1-13 冲击钻的外形和结构
②作为冲击钻用：使用时把调节开关调到标记为“冲击”的位置，即可用来冲打砌块和砖墙等建筑材料的木榫孔和导线穿墙孔，通常可冲打直径为6～16mm的圆孔。（3）电锤
外形和结构如图1-14所示。
电锤适用于混凝土、砖石等硬质建筑材料的钻孔。图1-14 电锤的外形和结构
7.錾子
錾子是电工用来消除金属毛刺，或对已生锈的小螺栓进行錾断消除换新的一种工具，外形如图1-15所示。图1-15 錾子外形
电工初学者也要掌握一些钳工的基本知识和技能，使用錾子时要注意以下几点：
①在工作前要检查锤头是否装牢，若已牢固，用左手握紧錾子，錾子尾部要露出约4cm，右手握紧锤子用力敲击。
②錾子应经常刃磨，并及时去掉錾子尾部毛刺，以免伤人。
③錾削脆性材料或毛刺时，人体应靠錾子的后面站，以免碎屑飞出伤人。
8.拉具
拉具又称拉马或拉子，是电工拆卸皮带轮、联轴器以及电动机轴承、电动机风叶时不可缺少的一种工具，一般拉具的外形如图1-16所示。图1-16 拉具外形
使用拉具时要注意以下几点：
①使用拉具拉电动机皮带轮时要把拉具摆正，丝杠要对准机轴中心，然后用扳手上紧拉具的丝杠，用力要均匀。
②在使用拉具时，如果所拉的部件与电动机轴间锈死，要在轴的接缝处浸些汽油或螺栓松动剂，然后用铁锤敲击皮带轮外圆或丝杠顶端，再用力向外拉皮带轮。
③必要时可用喷灯将皮带轮的外表加热后，迅速拉下皮带轮。
9.喷灯
喷灯是利用喷灯火焰对工件进行加热的一种工具，火焰温度可达900℃，电工常用于锡焊、焊接电缆接地线等。喷灯的外形如图1-17所示。
使用喷灯时应注意以下几个问题：图1-17 喷灯外形
①按喷灯要求加燃料油，最多加到容器的3/4处，加油后应拧紧螺塞。
②使用前要检查一下喷灯各个部位是否漏油，喷嘴是否塞死，是否有漏气现象，检查合格后方能使用。
③在修理喷灯或加油、放油时，一定要先熄火，然后再进行各项操作。
④点火时，喷灯、喷嘴前切勿站人。
⑤喷灯在工作时，应保持火焰与带电体有足够的安全距离，且在工作场所内不能有易燃、易爆物等危险品。
⑥在点燃喷灯前，应先在火碗内注入燃油并点燃，待喷嘴烧热后，再缓慢打开进油阀，使火从喷嘴处喷出。
⑦给喷灯加压打气前一定要先关闭进油阀。
10.电烙铁
电烙铁是电工常用的焊接工具，它可用来焊接电线接头、电气元件接点等。电烙铁的工作原理是利用电流通过发热体（电热丝）产生的热量熔化焊锡后进行焊接。电烙铁的外形如图1-18所示。电烙铁的形式很多，有外热式电烙铁、内热式电烙铁和感应式电烙铁等多种。外热式电烙铁具有耐震动、机械强度大等优点，适用于较大体积的电线接头焊接；缺点是预热时间较长，效率较低。近年来生产的内热式电烙铁优点是体积小、重量轻、发热快，适用于在印制电路板上焊接电子元器件，缺点是机械强度差，不耐震动，不适合大面积焊接。电烙铁内部接线端子如图1-19所示。电烙铁在使用时要注意以下几点：图1-18 电烙铁外形图1-19 电烙铁内部接线
①使用之前应检查电源电压与电烙铁上的额定电压是否相符，一般为220V，检查电源和接地线接头是否接错。
②新烙铁在使用前应先用砂纸把烙铁头打磨干净，然后在焊接时和松香一起在烙铁头上蘸上一层锡（称为搪锡）。
③电烙铁不能在易爆场所或腐蚀性气体中使用。
④电烙铁在使用中一般用松香作为焊剂，特别是电线接头、电子元器件的焊接，一定要用松香作焊剂，严禁用含有盐酸等腐蚀性物质的焊锡膏焊接，以免腐蚀印制电路板或使电气线路短路。
⑤电烙铁在焊接金属铁、锌等物质时，可用焊锡膏焊接。
⑥如果在焊接中发现紫铜制的烙铁头氧化不易沾锡时，可用锉刀锉去氧化层，在酒精内浸泡后再使用，切勿在酸内浸泡，以免腐蚀烙铁头。
⑦焊接电子元器件时，最好选用低温焊丝，在烙铁头部涂上一层薄锡后再焊接。焊接场效应晶体管时，应将电烙铁电源线插头拔下，利用余热去焊接，以免损坏场效应晶体管。
⑧使用外热式电烙铁还要经常将紫铜烙铁头取下，清除氧化层，以免日久造成紫铜烙铁头烧坏。
⑨电烙铁通电后不能敲击，以免缩短使用寿命。
⑩电烙铁使用完毕，应拔下插头，待冷却后放置干燥处，以免潮湿漏电。二、常用量具及使用方法
1.游标卡尺
游标卡尺是一种中等精度的量具。它可以直接测量出工件的内外尺寸和深度尺寸，其测量精度通常有0.02mm和0.05mm两种。（1）结构
游标卡尺如图1-20所示，内卡爪用来测量孔的尺寸；外卡爪用来测量轴的尺寸；深度尺用来测量孔的深度和台阶高度。图1-20 游标卡尺的外形（2）测量和读数方法
使卡爪测量面紧靠工件，并使测量面的连线垂直于被测量面，拧紧制动螺钉，读出所测数值。
①读整数，副尺零线左边主尺的第一条刻线是整数的毫米值。
②读小数，在副尺上找出哪一条刻线与主尺刻线对齐，在对齐处从副尺上读出毫米的小数值。
③将上述两值相加，即为游标卡尺的测量尺寸，图1-21中所示尺寸为33.70mm。图1-21 游标卡尺的读数方法
2.千分尺
千分尺是一种精度较高的量具，测量精度为0.01mm。有内径千分尺和外径千分尺。（1）结构
由测量部分和读数部分及手柄、棘轮等组成。（2）测量方法
①测量前将千分尺测量面擦净，然后检查零位的准确性。
②将工件被测表面擦干净，以保证测量准确。
③用单手或双手握住千分尺对工件进行测量，一般先转动活动套筒，当千分尺的测量面刚接触到工件表面时改用棘轮，当听到测力控制装置发出嗒嗒声时，停止转动。（3）读数方法
要先看清内套筒（即固定套筒）上露出的刻线，读出毫米数和半毫米数。然后再看清外套筒（活动套筒）的刻线和内套筒基准线所对齐的数值（每格为0.01mm），将两个读数相加，其结果就是测量值。如图1-22所示，（a）、（b）中测量结果分别为10.93mm、11.57mm。图1-22 千分尺的读数方法
使用时要注意不能用千分尺测量粗糙的表面；使用后擦净测量面并加润滑油防锈，放入盒中。三、交流电焊机的使用维修技术
交流电焊机是利用电能加热金属的待焊接部分使其熔融，以达到原子间的结合，从而实现焊接的一种加工设备。
1.交流电焊机的构造
交流电焊机由变压器、调节和指示装置等组成，它将电网的交流电压变为适合起弧的交流电压，并配以焊钳进行手工电弧焊。其外形和接线如图1-23所示。图1-23 电焊设备和工具
交流电焊机是一种特殊的降压变压器。根据电弧焊接工艺的特点要求，空载时有相当高的引弧电压，为55～80V。正常焊接时，电弧压降为30～40V，二次电流变化范围大，一般为100～500A，且能调节焊接电流的大小。图1-24所示为交流电焊机原理图。图1-24 交流电焊机原理
变压器二次绕组N与铁芯绕组N（电抗器）串联，其铁芯有一23段是活动的，通过摇把可调节其位置，以改变磁路内气隙的大小。在I大小不变的情况下，绕组N的压降大小也会改变，气隙越小，压降23越大。因此，通过摇把调节活动铁芯的位置，也就调节了U'随I增加22而下降的程度。当调节手柄顺时针转动时，焊接电流增大；当逆时针转动时，焊接电流减小。另外，电焊变压器的一次绕组有中间抽头，在不同的抽头上加入U，U也不同，这样就得到不同的开路电压。12
常用的交流电焊机有三种，结构和原理如表1-2所示。
2.交流电焊机的维修技术
由于交流电焊机结构简单，使用方便可靠，因此维修比较容易。交流电焊机常见故障及维修方法如表1-3所示。课题三 电气图识读一、电气图形符号和文字符号
1.电路图中常用的图形符号和文字符号
图纸是工程技术界的共同语言，是传递信息的最好方法，可以让人们一看就懂，心领神会。我们应用的图标都是按国际电工委员会（IEC）和我国国家标准规定使用的。
电工学常用符号和单位、常用电气设备的基本文字符号、常用辅助文字符号、电器接线端子的标记、常用电气图形符号及门电路图形符号等可参阅有关书籍。
一般电气符号包括电气图形符号和文字符号两种。这些电气符号是国家统一规定的新图形符号和文字符号，例如电动机用M表示，交流接触器用KM表示，二极管用VD表示，变压器用T表示等。为了给初学者提供识图、绘图的便利，现将电气图常用设备、元件图形符号和文字符号列于表1-4。
2.常用电气仪表文字符号
常用电气仪表文字符号见表1-5。二、电气设备接线端子和特定导线的标记
标记是表明特征的记号，在电工电气线路图中得到了大量地采用。标记一般较醒目、简单、易识别，比文字说明效果更好，所以应用很广泛。
在电气线路图中，为了易于识别接线、配线、敷线与各个电气元器件与装备之间的相对安装位置，以及它们之间的连接关系，需要对各种导线的连接标记、导线的颜色及接线端子的标记作出统一的规定，以方便设备维护，及时排除故障，确保人身和设备的安全。
1.标记代号
接线端子的标记是指用以连接器件和外部导体的导电件的标记，主要用于基本件（如熔断器、继电器、变压器及旋转电动机等）和由这些器件组成设备（如电动机控制设备）的接线端子标记，也适用于执行一定功能的特定导线线端（如电源接地和机壳接地等）的识别。
电工电气线路图中常用电器接线端子和特定导线的标记识别方法如下。（1）交流系统
交流系统电器接线端子的标记有专门的标记方法：
1相——标记符号为U；
2相——标记符号为V；
3相——标记符号为W；
中性线——标记符号为N。（2）交流系统的电源
交流系统电源的特定导线标记方法如下：
1相——标记符号为“L”，有的图纸上用“A”表示；1
2相——标记符号为“L”，有的图纸上用“B”表示；2
3相——标记符号为“L”，有的图纸上用“C”表示；3
中性线——标记符号为“N”。（3）直流系统的电源
直流系统电源的特定导线标记方法如下：
正极——标记符号为“L”，有的图纸上用“+”表示；+
负极——标记符号为“L”，有的图纸上用“-”表示；-
中间线——标记符号为“M”。（4）保护接地线
保护接地线的电器，其接线端子和特定导线的共同标记通常用“PE”标记符号来表示。其图形符号如图1-25中的a所示。（5）接地线
接地线的电器，其接线端子和特定导线的共同标记通常用“E”标记符号来表示，其图形符号如图1-25中的b所示。（6）无噪声接地线
无噪声接地线的电器，其接线端子和特定导线的共同标记通常用“JE”标记符号来表示，其图形符号如图1-25中的c所示。（7）接机壳或机架
接机壳或机架的电器，其接线端子和特定导线的共同标记通常用“MM”标记符号来表示，其图形符号如图1-25中的d所示。图1-25 电器接线端子和特定导线标记图形符号（8）等电位
等电位的电器，其接线端子和特定导线的共同标记通常用“CC”标记符号来表示，其图形符号如图1-25中的e所示。（9）不接地的保护导线
不接地的保护导线，其特定导线的标记用符号“PU”表示。（10）保护接地线和中性线共同用线
保护接地线和中性线共同用线特定导线的标记，通常用“EN”标记符号来表示。
2.颜色标记的代号
颜色标记的字母代码一般由该颜色的英文单词缩写表示。（1）字母代码
电气线路图中常用颜色标记的字母代码见表1-6。（2）同一部件的颜色组合
在同一部件上，有些用的是颜色组合标注方式，通常是按照表1-6中的顺序，将不同颜色的字母代码相连来表示。例如，红/蓝双色部件的颜色代码为RDBU。（3）不同部件的不同颜色
对于不同部件上的不同颜色，各颜色标记的字母代码之间是用“+（加号）”隔开的。例如，具有两根黑色、一根棕色、一根蓝色和一根绿/黄双色的五芯电缆的颜色代码为BK+BK+BN+BU+GNYE。
3.电气图的类型及特点
电气图是电气线路图或电气电路图、电气原理图的简称，是提供信息的一种方式。（1）线路与电路的基本概念
任何电源向外供电，任何用电设备要使用电能，都必须用导线将发电厂输出的电源与用电设备合理地连接起来（即经过变配电等系统），让电流形成回路，才能使电流在用电设备中做功。在电工学中，将这种电流通过的路径称为电路。而一般的电路都是用导线连接的，故又称其为线路。（2）电气图的分类
电气图有部分电路（也称局部电路）和系统电路。部分电路即为局部电路，或叫单元电路。电气图的种类较多，常见的有：
①概略图，主要是用来表明系统的规模、整体方案、组成情况及主要特性等。
②电路图，是一种根据国家或有关部门制定的标准，用规定的图形符号绘制的较简明的电路，用来表示系统、装置的电气作用原理，可作为分析电路特性用图。
③接线图，是电气设备之间用导线相互连接的真实反映，它所连接电气设备的安装位置、外形和线路路径与实际情况一致，便于安装和接线及排除故障。
各种类型的电气图除了遵循电气图的一般规律外，还具有各自的特点。（3）电气图的表达方式
电气图常见的表达方式主要有简图、表图及表格三种。
①简图，就是用图形符号、带注释的框或简化的外形，来表示系统或设备中各组成部分之间的相互关系。
简图并不是指内容“简单”，而是指形式的“简化”，它是相对于严格按几何尺寸、绝对位置等而画出的机械或电子电路图而言的。电气图的大多数图，如电气概略图（或称系统图或框图）、功能图、接线图及电路图均属于简图。
②表图是指用数量较少的专用图形符号和文字说明相结合的方法，来说明两个或两个以上变量之间关系的一种图，如曲线、时序图及功能表图等。
表图不能理解为图表。表图的表达形式主要是用图而不是用表。
③表格，是将数据等内容采用纵横排列的方式将其表述出来，用来表述系统、成套设备中各组成部分的相互关系或连接关系，以及用以提供工作参数。（4）概略图
概略图也称为系统图或框图，是指表示系统、分系统、装置、部件、设备和软件中各项目之间主要关系和连接的相对比较简单的简图，通常采用单线表示法绘制而成。
①概略图的作用：为了从整体上描述设计对象的基本构成和主要部件的相互关系，通常在对系统、分系统、成套装置及设备等进行设计时，都要绘制概略图。为进一步编制详细技术文件及电路图、接线图、平面图等，为进行有关的电气计算、选择导线、开关等设备，拟定配电装置的布置和安装位置等提供主要依据，供电气安装、操作和维修时使用。
②概略图的基本形式：概略图通常是按功能布局法绘制而成的。在表示控制系统的概略图时，主控系统的功能性组通常是放在被控系统的功能性组的左边或上边，以符合信号流的主要流向从左到右或者从上到下的原则，从而可清晰地表示主控系统和被控系统之间的功能关系。概略图常用的基本形式有综合概略图和一般符号概略图。
图1-26（a）所示是某供电系统概略图。在该图中，发电机G输出的电源，先经T电力变压器进行升压（由于发电机的绝缘及运行安1全的限制，发电机电压不能太高，一般为3.15～15.75kV，为了提高输电效率，减小线路中的损耗，需要用高电压线路送电，故要先将发电机输出的电压进行升压）→高压输电线W→区域变电所的降压变1压器T降压→高压输电线W→用户变压器T也（是降压变压器）→223低压配电线→用户。图1-26 供电系统及配电系统接线
图1-26（b）所示是某处的照明配电系统概略图。在该图中，220V交流电源先经电力系统的开关Q（断路器、刀开关等）→FU熔1断器后，再经FU、FU、FU熔断器分别提供给三户作为照明用电。234（5）电路图
电路图是电路原理图的简称，通常是根据电气线路图简化而来的。电路图的作用是表达电路的工作原理和连接状态，不讲究电气设备的形状、位置和导线走向的实际情况。
电气电路图是图中的电气设备均采用图形符号和文字符号，并按工作顺序排列构成的一种简图。这种图对于详细了解电气设备的工作原理或工作过程，分析和计算电路特性，分析判断故障的大概部位很有好处，也为绘制接线图提供了依据。电路图有的是单独绘制的，也有的是与接线图、功能图（表）等绘制在同一张图上。（6）安装接线图和接线表
接线图或接线表是表示元器件、器件、组件和装置之间实际连接关系的一种简图或表格，用于进行电气安装接线、线路检查、线路维修及故障排除。
接线图和接线表仅是表述相同内容的两种不同形式，两者的功能完全相同，可以单独使用，也可以组合在一起使用；通常以接线图为主，接线表进行补充。三、识读电气线路图要领
有些电气线路图虽然不算太复杂，但如果不从电路原理上掌握其连线规律，诊断线路故障就比较困难，所以要顺利修好常用电气设备，就必须读懂和掌握电气线路图，尤其是初学者，更要学会如何读识电气线路图。对于各类电气线路图的识别通常有以下识图要领。
1.识读电气线路图的基本方法
识读电气线路图时，可结合以下几方面的内容去看图。（1）结合电工、电子技术的基础知识
在各种输变配电、电力拖动、配电检测用仪器仪表、照明、家用电器等的电路或线路连接关系都是依据它们的工作原理，按一定的规律合理地连接在一起的，而这种合理的连接都是建立在电工与电子技术理论基础上的。因此，要想迅速、无误地读懂电气图，具备一定的电工、电子技术的基础知识是十分必要的。例如，电力拖动常用的三相鼠笼式异步电动机的双向控制（即正反转控制），就是基于电动机的旋转方向是由三相电源的相序来决定的原理，采用两个交流接触器或倒顺开关来实现的，它是通过改变提供给电动机电源的相序，来达到正反转控制目的的。（2）结合典型应用电路
典型应用电路是其典型应用时的基础电路，这种电路的最大特点是既可以单独应用，也可以进行扩展后应用。电气线路的许多电路都是由若干个典型应用电路组合而成的，常见的典型应用电路有电动机启动、制动、正反转控制、过载保护、时间控制、顺序控制及行程控制等电路。
因此，熟悉了各种典型应用电路，在识读电气图时，就可以将复杂的电气图划分为一个一个单元的典型应用图，由此就能有效、迅速地分清主次环节，抓住主要矛盾，从而可以读懂任何复杂的电路图。（3）结合电气元器件的结构和工作原理
电气线路都是由各种电气元器件和配线组合而成的，如配电电路中的熔断器、断路器、互感器、负荷开关及电能表等；电力拖动电路中常用的各种控制开关、接触器和继电器等在识读电气图时，如果了解了这些电气元器件的性能、结构、工作原理、相互控制关系及其在整个电路中的地位和作用，对于尽快读懂电气图很有帮助。（4）结合有关图纸说明
图纸说明表述了该电气图的所有电气设备的名称及其数码代号，通过阅读说明可以初步了解该图有哪些电气设备。然后通过电气设备的数码代号在电路图中找出该电气设备，再进一步找出相互连线、控制关系，就可以尽快读懂该图，同时也可以了解所识读电路的特点和构成。（5）结合电气图形符号、标记符号
电气图是利用电气图形符号来表示其构成和工作原理的。因此，结合上面介绍的电气图形符号、标记符号读图，就可以顺利地读懂任何电气图。
2.识读电气图的基本步骤
要想尽快读懂电气图，识读电气图的步骤也很重要。通常可参考以下步骤进行。（1）先阅读设备说明书
阅读设备说明书是为了了解设备的机械结构、电气传动方式，对电气控制有什么要求；电动机和电器元器件的分布情况及设备的使用操作方法；各种按钮、开关、熔断器等的作用。（2）认真反复阅读图纸说明
识读电气图时，可先反复阅读图纸说明，其目的是为了了解设计的内容和施工中有什么具体要求，由此就可以了解图纸的大体情况，以便于抓住读图的重点。电气图纸说明通常包括图纸目录、技术说明、元器件明细表和施工说明等，对它们都要认真仔细地反复阅读。（3）反复阅读主题栏
在认真反复阅读图纸说明的基础上，进一步再反复阅读主题栏中的内容，其目的是为了了解该电气图的名称及标题栏中的相关内容，以便于对该电气图的类型、性质及作用等有明确的认识，同时也可以大致了解该电气图的内容。（4）反复阅读概略图（系统图或框图）
在反复阅读图纸说明和主题栏并对该图有了大概的认识以后，进一步就要识读概略图了。概略图反映的是电气图整个系统或分系统的概况，也就是它们的基本组成、相互关系及其主要特征。因此，读懂了电气概略图就可为下一步理解系统或分系统的工作原理打下一定的基础，也为下一步理解电路图、接线图做好准备。（5）识读电路图
电路图是电气图的核心，看图难度较大。但要理解系统或分系统的工作原理，就必须读懂电路图。对于较复杂的电路图，可先看懂相关的逻辑图和功能图，这对迅速读懂电路图很有帮助。
1）划分各个单元或功能电路：在识读电路图时，首先必须掌握组成电路的各个电器元器件的基本功能和电气特性。在大概掌握整图的基本原理基础上，再把一个个单独的功能电路框出来（或画出来），这样就容易抓住每一部分的主要功能及特性。
在上述识图的基础上，再分清哪些是主电路和控制电路，哪些是交流电路和直流电路。进一步识读图时，按照先看主电路，再看控制电路的顺序进行。
①看主电路：通常是从下往上看，即从用电设备开始，经控制元器件，顺次往电源看。
②看控制电路：应自上而下、从左至右识读图纸，即先看电源，再顺次看各条回路，分析各回路元器件的工作状况及其对主电路的控制。
2）各个分电路的读图：
①通过对主电路的识读，主要搞清楚用电设备是怎样从电源获得供电的，电源是经过哪些元器件和线路送到负载的。
②通过对控制电路的识读，一定要弄清楚其控制回路是怎样构成的，各元器件之间的连接关系（如是顺序还是互锁等）、控制关系及在什么情况下回路能够成为通路状态或断路状态，进而就可搞清楚整个系统的控制原理。（6）识读接线图
接线图是以电路图为依据绘制的，因此对照电路图来识读接线图则十分方便。识读接线图时，也是要先识读主电路，再看控制电路。
①看接线图时，可以依据端子标记、回路标号，从电源端顺次看下去，主要是搞清楚线路的走向和电路的连接方法，即搞清每个元器件是怎样通过连线构成闭合回路的。
②看主电路时，从电源输入端看起，顺次经控制元器件和线路到用电设备，与看电路图有所不同。
③看控制电路时，可从电源的一端看到电源的另一端，可按元器件的顺序对每个回路进行分析。
④看连接导线时，由于接线图中的线号是电器元器件间导线连接的标号，通常线号相同的导线原则上都是接在一起的。接线图多采用单线表示，故对导线的走向应注意辨别，对端子板内外电路的连接也要识读清楚。
3.变电所、配电系统线路图识读（1）小型变电所配电系统线路图识读
图1-27所示是小型变电所配电系统线路图。
①识图指导：识读图1-27所示的线路图时，应先根据图形符号认识是什么元器件，为了使读者能清楚地读懂线路图，图所示中文字标注说明了各主要元器件图形符号所代表的元器件。图1-27 小型变电所配电系统接线
②原理说明：架空进线电压6～10kV是经高压隔离开关SA，高1压熔断器FU以后进入变电所的。为了防止雷电波沿架空线路侵入变电所，在高压侧还安装了避雷器F。当雷电由架空线路进入变电所后，经QS隔离开关，由避雷器F引入地。高压侧还设置了电压互感器TV。1
从高压熔断器来的高压电进入三相星形连接的电力变压器变压后，从其二次侧输出低压电。为了测量各相负荷电流与测量电能消耗，低压侧装设电流互感器TA（有的变电所在高压侧也装设了电流互感器，用于测量包括电力变压器在内的有功与无功电能的消耗）。
电力变压器输出的低压电经低压隔离开关QS后加到自动开关2SA上。低压侧总开关SA一般采用自动开关，能够带负载操作，而22且能在过负荷、失压和短路时自动跳闸，操作灵活方便。我国统一设计的自动开关有DW系列与DZ系列。1010
低压电通过自动开关SA加到低压配电母线上，再经过低压开关2SA～SA和熔断器（未画出），通过架空线或电缆向各用电点输310送。（2）架空线路单回路树干式高压配电系统线路图
图1-28所示是架空线路单回路树干式高压配电供电系统线路图，它适用于三相负荷配电。
①识图指导：识读图1-28所示的线路图时，应先根据图形符号看懂各图形符号表示的是什么元器件。
在图1-28中，T、T、T为三台变压器，呈树干式排列。FU～1231FU3为熔断器（或断路器），起保护作用。QS～QS为隔离开关，起13隔离高压电源的作用，可在检修时保证安全。1QS、2QS为干线上的隔离开关，其中，1QS为母线隔离开关，起隔离电源作用，供检修断路器时使用；2QS为线路隔离开关，隔离用户侧反向送电或防止雷电等过电压通过线路侵入，以保证安全，QF为断路器，起切断负载电流或故障电流的作用。
知道了以上这些基本知识以后，进一步读懂图1-28线路的工作原理也就不难了。
②工作原理：6～10kV的高压电路1QS干线隔离开关→断路器QF→干线隔离开关2QS→架空线路后，分三路分别经QS～QS隔离开13关→FU～FU3熔断器→T～T3电力变压器，由电力变压器变压后提11供给各用户。图1-28 单回路树干式高压配电供电系统接线
提示：对高压配电系统各开关的操作，停电顺序为：先断断路器，后断隔离开关；合闸送电顺序为：先闭合隔离开关，后闭合断路器。第二单元 故障与失效理论概述课题一 故障概述
机械设备在运行过程中要承受力、热、摩擦、磨损等多种作用。随着使用时间的增长，其运行状态不断发生变化，有的性能将逐步劣化，有的零件将失效，甚至完全不能工作，从而发生了故障。
在机械设备维修中，研究故障的目的是通过故障诊断技术查明故障模式，追寻故障机理，探求减少故障发生的方法，提高机械设备的可靠程度和有效利用率。同时，把故障的影响和结果反映给设计和制造部门，以便采取对策。故障理论研究的主要内容是故障机理和故障诊断。一、定义
故障是指整机或零部件在规定的时间和使用条件下不能完成规定的功能，或各项技术经济指标偏离了它的正常状况，但在某种情况下尚能维持一段时间工作，若不能得到妥善处理将导致事故。例如：某些零部件损坏、磨损超限、焊缝开裂、螺栓松动，使工作能力丧失；电动机的功率降低；传动系统失去平衡和噪声增大；工作机构的工作能力下降；燃料和润滑油的消耗增加等，当其超出了规定的指标时，即发生了故障。
故障通常是指可以排除的障碍，即指可以修复的失效。
对于故障，应明确以下几点：（1）规定的对象
它是指一台单机，或由某些单机组成的系统，或机械设备上的某个零部件。不同的对象在同一时间将有不同的故障状况。例如：在一条自动流水线上，某一单机的故障足以造成整条自动流水线系统功能的丧失；但在机群式布局的车间里，就不能认为某一单机的故障与全车间的故障相同。（2）规定的时间
发生故障的可能性随时间的延长而增大。时间除了直接用年、月、日、时等作单位外，还可用机械设备的运转次数、里程、周期作单位。例如：车辆等用行驶的里程；齿轮用它承受载荷的循环次数等。（3）规定的条件
这是指机械设备运转时的使用维护条件、人员操作水平、环境条件等。不同的条件将导致不同的故障。（4）规定的功能
它是针对具体问题而言的。例如：同一状态的车床，进给丝杠的损坏对加工螺纹而言是发生了故障；但对加工端面来说却不算发生故障，因为这两种情况所需车床的功能项目不同。（5）一定的故障程度
即应从定量的角度来估计功能丧失的严重性。
在生产实践中，为概括所有可能发生的事件，给故障下了一个广泛的定义，即“故障是不合格的状态”。二、模式
机械设备的故障必定表现为一定的物质状况及特征，它们反映出物理的、化学的异常现象，并导致功能的丧失。这些物质状况的特征称故障模式，需要通过人的感官或测量仪器得到，相当于医学上的“病症”。
常见的故障模式可按以下几方面进行归纳：（1）属于机械零部件材料性能方面的故障
包括疲劳、断裂、裂纹、蠕变、过度变形、材质劣化等。（2）属于化学、物理状况异常方面的故障
包括腐蚀、油质劣化、绝缘绝热劣化、导电导热劣化、溶融、蒸发等。（3）属于机械设备运动状态方面的故障
包括振动、渗漏、堵塞、异常噪声等。（4）多种原因的综合表现
如磨损等。此外，还有配合件的间隙增大或过盈丧失、固定和紧固装置松动与失效等。
故障模式举例见表2-1。三、性质（1）层次性
机械设备可按结构和功能分解为若干个层次（或部分、单元），故障则与之相对应。（2）相关性
机械设备的某层次出现故障，同它相关的层次也可能引发故障，使多种故障并存。不同层次的故障互相联系、互相影响，关系复杂。（3）延时性
故障的产生、传播和恶化都需要时间，且随时间的延长而变化。（4）不确定性
故障的发生、现象、定量描述和检测分析都具有不确定性，从而增加了故障诊断和维修的复杂程度。（5）修复性
多数故障是可以修复的，包括更换零部件。四、分类
对故障进行分类是为了估计故障事件的影响深度、分析故障的原因，以便采取相应的对策。故障可从不同角度进行分类。
①临时性故障
临时性故障又称间断故障，它多半是由机械设备的外部原因引起的。例如：因工人误操作、气候变化、运输条件中断、环境设施不良等原因造成。当这些外部干扰消除后，运转即可正常。但临时性故障能导致永久性故障。（二）永久性故障
永久性故障造成的机械设备功能丧失必须经过某些零部件更换或修复后才能消除。
1.按故障发生时间分（1）早发性故障
这是由于机械设备在设计、制造、装配、安装、调试等方面存在问题引起的。例如：新购入的液压系统严重漏油和噪声很大。这种情况可以通过重新检测、重新安装来解决处理；若设计不合理，需修改设计；如果零部件质量差，则应更换零部件。（2）突发性故障
这是由于各种不利因素和偶然的外界影响因素共同作用的结果。故障发生的特点是具有偶然性和突发性，事先无任何征兆，一般与使用时间无关，难以预测。但它容易排除，通常不影响寿命。例如：因润滑油中断而使零件产生热变形裂纹；因使用不当或出现超负荷引起零件折断；因各参数达到极限值而引起零件变形和断裂等。（3）渐进性故障
它是因机械设备技术特性参数的劣化，包括腐蚀、磨损、疲劳、老化等逐渐发展而成的。其特点是故障发生的概率与使用时间有关，只是在机械设备有效寿命的后期才明显地表现出来。故障一经发生，就标志着寿命的终结。通常它可以进行预测，大部分机械设备的故障都属于这一类。（4）复合型故障
这类故障包括上述故障的特征，其故障发生的时间不定。机械设备工作能力耗损过程的速度与其耗损的性能有关。例如零件内部存在着应力集中，当受到外界作用的最大冲击后，继续使用就可能逐渐发生裂纹；又如摩擦副的磨损过程引起渐进性故障，而外界的磨粒会引起突发性故障。
2.按故障表现形式分（1）功能故障
机械设备应有的工作能力或特性明显降低，甚至根本不能工作，即丧失了它应有的功能，称功能故障。这类故障可通过操作者的直接感受或测定其输出参数而判断。例如关键零件损坏、精度丧失、传动效率降低、速度达不到标准值，使整机不能工作；生产率达不到规定的指标等。（2）潜在故障
故障逐渐发展，但尚未在功能方面表现出来，却又接近萌发的阶段。当这种情况能够鉴别时，即认为也是一种故障现象，称潜在故障。例如零件在疲劳破坏过程中，其裂纹的深度接近于允许的临界值时，便认为存在潜在故障。探明了潜在故障，就有可能在达到功能故障之前进行排除，有利于保持设备的完好状态，避免因发生功能故障而带来的不利后果，这在机械设备使用和维修中有着重要意义。
3.根据故障产生的原因分（1）人为故障
由于在设计、制造、大修、使用、运输、管理等方面存在问题，使机械设备过早地丧失了它应有的功能，称人为故障。它又分为：
①错用性故障，这是指机械设备没有按照原设计规定的条件运转，超载、超速、超时，工作条件发生未料及的恶化等原因导致的故障。
②固有薄弱性故障，它来源于机械设备本身，如设计不当、制造工艺差、材料低劣等，是固有薄弱性环节构成故障隐患或故障的诱发因素。（2）自然故障
机械设备在其使用和保有期内，因受到外部或内部各种不同的自然因素影响而引起的故障都属于自然故障。例如正常情况下的磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变、老化等损坏形式。这种故障虽然不可避免，但随着设计、制造、使用和维修水平的提高，可使机械设备有效工作时间大大延长而使故障推迟发生。
4.按故障造成后果分（1）致命故障
这是指危及或导致人身伤亡，引起机械设备报废或造成重大经济损失的故障。例如机架或机体断离、车轮脱落、发动机总成报废等。（2）严重故障
它是指严重影响机械设备正常使用，在较短的有效时间内无法排除的故障。例如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体裂纹、齿轮损坏等。（3）一般故障
明显影响机械设备正常使用，在较短的有效时间内可以排除的故障。例如传动带断裂、操纵手柄损坏、钣金件开裂或开焊、电器开关损坏等。（4）轻度故障
它是指机械设备可正常使用，能在日常保养中用随机工具轻易排除的故障。如轻微渗漏、一般紧固件松动等。
此外，还可按故障的部位分为整体和局部；按故障的时间分为磨合、正常使用和耗损故障；按故障的责任分为相关和非相关故障；按故障外部特征分为可见和隐蔽故障；按故障的程度分为部分和完全故障；按故障的原因又可分为设计结构、生产工艺、材料、使用等故障。
故障通常采取几种分类法复合并用，如突发性的局部故障、磨损性的危险故障等。由此看出故障的复杂性、严重性和起因等情况。课题二 失效理论概述一、概念
1.定义
机械零件在使用过程中，由于设计、材料、工艺及装配等各方面原因，使其丧失规定的功能，无法继续工作的现象称失效。失效究竟在何时，又以何种方式发生，这是随机事件，人们无法预料。
某个零部件的失效，势必导致整台机械设备的故障、停止运行或局部破坏，造成重大的经济损失，甚至出现人身伤亡。例如：火车因车轴、车轮的断裂而引起出轨、倾覆；轮船因船体断裂而沉没；大型压力容器、锅炉因失效而爆炸；飞机因发动机、机翼等零部件失效而坠毁；海洋石油钻井平台因立柱断裂而覆没等。
随着现代机械设备向高参数发展，零件失效的问题愈来愈突出，已成为产生故障的主要原因。因此，研究零件的失效形式、机理及对策，则是追寻机械设备故障的起因和机理的重要内容，也是制定科学的维修策略的基础。
据估计，世界上的能源有1/3～1/2消耗在各种形式的摩擦上。每年因磨损失效而造成的损失大约占国民经济总产值的1%。一般机械设备中约有80%的零件是因磨损而失效报废的。磨损在失效中的地位是非常显著和重要的。另外，本单元将着重阐述变形、断裂、腐蚀、气蚀和其他失效问题。
2.分类
①按失效原因分为误用失效、本质失效、独立失效和从属失效等。
②按工作时间分为早期失效、偶然失效、耗损失效等。
③按失效发生速度分为突变失效、退化失效、间隙失效等。
④按失效程度分为完全失效、部分失效。
⑤按危害程度分为致命失效、严重失效、一般失效、轻度失效等。
⑥按失效可否预测分为突然失效（不可预测）和渐变失效（可以预测）。
另外，还可以按失效机理和失效性质等分类。
3.诱发因素
引起失效的诱发因素可归纳为：应力、环境和时间3个基本因素，如图2-1所示。图2-1 失效的诱发因素
4.形式
失效的主要形式为变形、断裂、损伤（磨损、腐蚀和气蚀）及其他（松动、打滑、老化、泄漏、烧损等），见表2-2所示。二、变形
多年的维修实践证实，虽然将磨损的零件进行修复，恢复了原来的尺寸、形状和配合性质，但是装配后仍达不到预期的效果。出现这种情况通常是由于零件变形，特别是基础零件变形使零部件之间的相互位置精度遭到破坏，影响了各组成零件之间的相互关系。通常，基础零件形状和结构比较复杂，变形的测量和修复目前还没有简单易行的好方法，再加上变形对机械设备的技术状态和寿命的影响又不容易直接看出来，至今变形问题并没有引起维修工作者的足够重视。在机械设备向高参数化迅速发展的今天，变形问题将愈来愈突出，它已成为维修质量低、大修周期短的一个重要原因。我们应当进一步研究变形的机理，了解变形的规律和危害，掌握产生变形的原因，以便采取措施防止或减少变形。
1.变形的概念
机械设备在工作过程中，由于受力的作用而使零件的尺寸或形状发生改变的现象称变形。变形分弹性变形和塑性变形两种。（1）弹性变形
弹性变形是指外力去除后能完全恢复的那一部分变形。其机理是晶体中的原子在外力作用下，偏离了原来的平衡位置，使原子间距发生变化，造成晶格的伸缩或扭曲。
弹性变形有以下特点：
①具有可塑性，当外力去除后变形完全消失。
②弹性变形量很小，一般不超过材料原来长度的0.10%～1.0%。
③在弹性变形范围内，应力和应变成线性关系，符合胡克定律。
许多金属材料在低于弹性极限应力作用下，会产生应变并逐渐恢复，但总是落后于应力，这种现象称弹性滞后或弹性后效。它取决于金属材料的性质、应力大小和状态，以及温度等。金属组织结构愈不均匀，作用应力愈大，温度愈高，则弹性后效愈大。通常，经过校直的轴类零件过了一段时间后又会发生弯曲，就是弹性后效的表现，所以校直后的零件都应进行回火处理。（2）塑性变形
塑性变形是指外力去除后不能恢复的那部分永久变形。其机理是由于多晶体有晶界存在，各晶粒位向的不同以及合金中溶质原子和异相的存在，不但使各个晶粒的变形互相阻碍和制约，而且会严重阻止位错的移动。晶粒愈细，单位体积内的晶界愈多，因而塑性变形抗力愈大，强度愈高。
塑性变形的特点是：
①引起材料的组织结构和性能发生变化。
②较大的塑性变形会使多晶体的各向同性遭到破坏而表现出各向异性，金属产生加工硬化现象。
③多晶体在塑性变形时，各晶粒及同一晶粒内部的变形是不均匀的，当外力去除后各晶粒的弹性恢复也不一样，因而产生内应力。
④塑性变形使原子活泼性提高，造成金属的耐腐蚀性下降。
在变形中，主要是塑性变形对零件的性能和寿命有很大的影响。
2.变形的危害
机械设备由于工况条件恶劣，经常满载或超载工作，一些零件产生变形是常见的。如：起重运输机的机架、机床的床身、汽车和拖拉机的底盘等。有些零件因形状简单，变形产生的危害比较直观，变形的检查和校正也较容易，曲轴和连杆是最典型的例子。但是，像汽缸体、变速箱体、机架、底盘、床身等形状复杂、相互位置精度高、测量检查及校正均比较困难的基础件，它们的变形将使其他零件加速磨损，甚至断裂，还有可能导致整台机械设备被破坏，极大地降低使用寿命，所以变形的危害是十分严重的。
3.变形的原因
机械零件变形的原因虽较复杂，但主要是零件的应力超过材料的屈服强度所致。大致可从下面几个因素分析。（1）外载荷
当外载荷产生的应力超过材料的屈服强度时，则零件将产生过应力永久变形。这种现象在工况条件恶劣，经常满载或超载工作，频繁制动、停车和启动，有振动和冲击，结构布置不合理等情况下很容易出现。（2）温度
①温度升高，金属材料的原子热振动增大，临界切变抗力下降，容易产生滑移变形，使材料屈服强度降低。长期在400℃以上使用的铸铁，反复加热与冷却会使体积膨胀而发生变形，温度愈高，变形愈厉害。这是由于珠光体中的FeC在高温下分解为铁素体和石墨，引3起体积增大的结果。同时各处体积膨胀不均匀还会产生内应力。
②当温度超过一定程度时，在一定温度和应力作用下，随着时间的增加，金属材料将缓慢地发生塑性变形，这种现象称蠕变，又叫高温蠕变，例如碳钢的温度高于300～350℃时就会产生蠕变。当温度更高时，产生蠕变的应力则相应变小。
③如果零件受热不均，各处温差较大，会产生较大的热应力和内应力而引起零件变形。（3）内应力
有些零件的毛坯为铸件、锻件或焊接件，它们都有一个从高温冷却下来的过程，必然会产生很大的内应力。经热处理的零件也存在内应力。尤其是铸造毛坯，形状复杂、尺寸较大、厚薄不均，在浇铸后冷却的过程中，形成拉伸、压缩等不同的应力状态。内应力影响零件的静强度和尺寸的稳定性，不仅使其弹性极限降低，还会产生减小内应力的塑性变形，严重时将引起断裂。毛坯的内应力是不稳定的，通常在12～20个月的时间内逐步消失。但随着内应力的重新分布，零件将产生变形。
如果毛坯是在有内应力的状态下进行加工，当切除一部分表面层后，破坏了内应力的平衡。由于内应力重新分布，零件也将产生变形。在切削加工过程中，因装夹、切削力、切削热的作用，零件表层会发生塑性变形和冷作硬化，因而产生内应力，也会引起变形。
虽然对毛坯安排了消除内应力的工序，即时效处理，但内应力不一定消除得那么彻底，将有部分残存下来。在残余应力的长期作用下，使弹性极限降低，产生减小内应力的塑性变形，这种现象称内应力松弛。尤其是箱体类零件和大的基础件，厚薄过渡很多，为残余应力的产生创造了条件，所以内应力松弛而引起的变形问题也就更为突出。（4）结晶缺陷
产生变形的内在原因是材料内部缺陷，如位错、空位等，特别是位错及其移动和扩散，构成影响变形的主要内在因素。
在金属材料中大量存在的位错是晶体中的线缺陷，是一种易于运动的缺陷，即在较小的切应力作用下即可运动。具有大量位错的材料是不稳定的，当外力长期作用，特别是在高温下，较小的应力就可引起位错而使金属产生滑移变形。
空位是晶体结构中某些节点位置出现的空缺的位置，是晶体中普遍存在的一种点缺陷。空位的存在对晶体内在的运动和某些性能有较大的影响，如许多金属有1%的空位率，可使屈服强度改变达100N/2mm。空位的存在出现了一个负压中心，且空位在一定能量条件下可以产生、合并或消失，它是一种扩散过程，是通过空位的移动达到的。而空位的移动也是原子向空位运动的过程，其结果将引起金属的变形。
零件变形的原因是多方面的，往往是几种原因共同作用的结果。较小的应力也能使零件产生变形，而这种变形并不一定是一次产生的，实际上是多次变形累积的结果。
4.减少变形的措施
变形是不可避免的，我们只能根据它的规律，根据上述几个方面的原因采取相应的对策来减少变形。特别是在机械设备大修时，不能只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，以便修复。（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；机加工的可切削性；热处理的淬透性、冷脆性等。要合理布置零部件，选择适当的结构尺寸，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，改善受力状况。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。可以将生产出来的毛坯在露天存放1～2年，利用内应力在12～20个月逐渐消失的特点进行自然时效，效果最佳，但这样做周期太长；也可使毛坯经高温退火、保温缓冷而消除内应力，即进行人工时效；还可利用振动的作用来消除内应力。复杂零件和精密零件在粗加工后仍要进行人工时效。高精度零件在精加工过程中继续要安排人工时效。
在制定零件机械加工工艺规程中，均要在工序、工步安排上，工艺装备和操作上，采取减少变形的工艺措施。例如，采取粗精加工分开的原则，在粗精加工中间留出一段存放时间，利于消除内应力。
在加工和修理中要减少基准的转换，保留加工基准而留给维修时使用，减少维修加工中因基准不一而造成的误差。要注意预留加工余量、调整加工尺寸和预加变形，这对于经过热处理的零件来说非常必+0.09要。例如变速箱齿轮，要求键宽为10mm，热处理的变形规律+0.03+0.12为缩小0.05mm，因此，机加工应控制在10mm，热处理后一+0.08+0.07般可为10mm，正好在技术范围内。有些零件在知道变形规律+0.03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
在修理中，不仅要满足恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等，还要检查和修复主要零件的形状及位置误差；制定出与变形有关的标准和修理规范；设计简单可靠、好用的专用量具和工夹具；大力推广三新技术，特别是新的修复工艺，如刷镀、粘接等，用来代替传统的焊接，尽量减少零件在修理中产生的应力和变形。（4）使用
加强生产技术管理，制定并严格执行操作规程，不超负荷运行，避免局部超载或过热，加强机械设备的检查和维护。三、断裂
所谓断裂，是指物体在机械力、热、磁、声响、腐蚀等单独作用或联合作用下，使其本身连续遭到破坏，从而发生局部开裂或分成几部分的现象。它是一种复杂行为，在不同的力学、物理和化学环境下会有不同的断裂形式。例如：机械零件在循环应力作用下会发生疲劳断裂；在高温持久应力作用下会出现蠕变断裂；在腐蚀环境下会产生应力腐蚀或腐蚀疲劳。
断裂是零件失效的重要原因之一，虽然与磨损、变形相比占失效的百分比要小一些，但随着机械设备日益向着大功率、高转速的方向发展，断裂失效的几率有所提高，尤其是断裂会造成重大事故，产生严重的后果，具有更大的危险性。因此，研究断裂成了日益紧迫的课题。
1.分类（1）按零件断裂后的自然表面即断口的宏观形态特征分类
①韧性断裂。零件在外力作用下首先发生弹性变形。当外力引起的应力超过弹性极限时发生塑性变形。外力继续增加，若应力超过强度极限时发生韧性变形而后造成断裂称韧性断裂。在塑性变形过程中，首先使某些晶体局部破断，裂缝是割断晶粒而穿过，最终导致金属的完全破断。韧性断裂一般是在切应力作用下发生的，又称切变断裂。它的断口宏观形态呈杯锥状，或鹅毛绒状，颜色发暗，边缘有剪切唇，断口附近有明显的塑性变形。
②脆性断裂。它一般发生在应力达到屈服强度前，没有或只有少量的塑性变形，多为沿晶界扩展而突然发生，又称晶界断裂。它的断口呈结晶状，常有人字纹或放射花样，平滑而光亮，且与正应力垂直，称解理面，因此这种断裂也称解理断裂。它多见于体心立方、密排六方晶格的金属及其合金。低温、应力集中、冲击、晶粒粗大和脆性材料均有利于发生解理断裂。由于这种裂纹扩展速率快，容易造成严重的破坏事故。（2）按断口的微观形态特征分类
①穿晶断裂。这是指裂纹穿过晶粒内部的断裂，它可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
②晶间断裂。这种断裂的裂纹是沿着晶界扩展，多数属于脆性断裂。（3）按载荷性质分类
①一次加载断裂。零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲、静剪切或一次冲击能量作用下的断裂称一次加载断裂。
②疲劳断裂。经历反复多次的应力作用或能量负荷循环后才发生断裂的现象叫做疲劳断裂。疲劳断裂占整个断裂的80%～90%，它的类型很多，包括拉压疲劳、弯曲疲劳、接触疲劳、扭转疲劳、振动疲劳等。疲劳又根据循环次数的多少分高周疲劳和低周疲劳。下面将重点讨论疲劳断裂。
2.疲劳断裂
疲劳断裂的特点是断裂时的应力低于材料的抗拉强度或屈服强度。不论是脆性材料还是延性材料，疲劳断裂在宏观上均表现为脆性断裂。（1）疲劳裂纹的产生
零件在循环载荷的作用下，在局部引起很大的塑性变形，表面因位错运动将出现一些不均匀的滑移线或滑移带，在滑移带中产生一些缺口峰，如图2-2所示。图2-2 在滑移带中产生的缺口峰
这是形成疲劳裂纹的最根本原因。材料的表面或内部缺陷起着尖缺口的作用，在峰底处将产生高度的应力集中。由于持续交变载荷的作用，经过一定周期，缺口峰发展成为微观裂纹，称疲劳核心，一般从晶界与表面相交处开始。
金属材料的第二相质点、非金属夹杂物与基体金属的相界面处有较高的应力集中，容易造成该处滑移不均匀或夹杂物断裂，引起疲劳断裂的产生。图2-3 疲劳裂纹扩展阶段示意图
由此可见，降低交变载荷、减少零件表面加工缺陷和应力集中部位、控制夹杂物等级、细化晶粒、强化金属表面等是提高疲劳抗力、延长疲劳寿命的有效途径。（2）疲劳裂纹的扩展
疲劳裂纹的扩展一般分为两个阶段。第一阶段称切向扩展阶段，即当疲劳裂纹在表面形成后，在循环应力的反复作用下沿着最大切应力方向的滑移面向内部逐渐发展，如图2-3所示，形成了肉眼可见的宏观裂纹，这就是疲劳断裂的第一阶段，即裂纹起源阶段。裂纹的扩展深度取决于材料的晶体结构、晶粒尺寸、应力幅度和温度等。这一阶段通常占整个疲劳破坏过程的大部分时间。
裂纹按第一阶段扩展到一定距离后将方向改变为沿与正应力相垂直的方向扩展，又称正向扩展阶段，其裂纹基本上以单纯正向疲劳方式、均匀的速率稳定地向前扩展。这一扩展阶段在疲劳断口上产生宏观的疲劳弧带和微观的疲劳纹，它是判断零件能否出现疲劳断裂的有力依据。（3）疲劳断口形貌
典型的疲劳断口按断裂过程有3个区域，见图2-4。图2-4 疲劳断口的宏观形貌
①疲劳源区（疲劳核心区）。这是疲劳裂纹最初形成的区域，用肉眼或低倍放大镜能大致判断其位置。它一般发生在零件的表面，但若材料表面进行了强化或内部有缺陷，也可发生在皮下或内部。在疲劳核心周围，经常存在着以疲劳源为焦点，非常光滑细洁、贝纹线不明显的狭小区域。疲劳破坏好像以它作为中心，向外散射成海滩状的疲劳弧或贝纹线。
②疲劳裂纹扩展区（疲劳区）。它是疲劳断口最重要的特征区域，呈宏观的疲劳弧带和微观的疲劳纹。疲劳弧带以疲劳源为核心，似水波形式向外扩展，形成许多同心圆或同心弧带，其方向与裂纹的扩展方向相垂直。微观的疲劳纹是一系列基本上相互平行的、略带弯曲、呈波浪形的条纹，其方向与局部裂纹扩展方向相垂直。每一条疲劳纹代表一次载荷循环，这是疲劳断口进行微观定量分析的理论依据。是否出现疲劳纹，决定于应力状态、材料性质及环境因素等。一般情况下，疲劳断面愈光滑，说明零件在断裂前经历的应力循环次数愈多，承受载荷愈小。
③瞬时断裂区（最终破断区）。该区简称静断口。它是当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时发生的快速破断区。它的宏观特征与静载拉伸断口中快速破断的放射区及剪切唇相同。瞬时断裂区的位置和大小取决于承受的载荷大小，当载荷愈大，则最终破断区愈移向断面的中间。
根据疲劳断口的宏观形貌，可对疲劳断口进行宏观定量分析。根据疲劳源的数目、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区的面积比值、它们的光泽和粗糙度、疲劳弧带的密度等，结合零件的工作条件及实际工作时间，能够估算疲劳应力的大小和应力集中的影响程度。
3.断口分析
断口分析是研究金属断面的科学依据。它是从断口的宏观和微观形态、原材料的化学成分、显微结构、冶金缺陷、力学性能及零件的制造工艺、表面质量、几何形状和使用条件等方面进行分析，判别断裂的性质、类别和原因，研究断裂的机理，提出防止断裂事故的措施。
零件断裂的原因是非常复杂的，断口分析也是多方面的。（1）现场调查
零件破断后，有时会产生许多碎片，对它们应严加保护，避免氧化、腐蚀和污染。在未查清断口的重要特征和照相记录之前，不许对断口进行清洗。对零件的工作条件、运转情况和周围环境等应作详细调查研究。（2）宏观分析
用肉眼或20倍以下的放大镜对断口进行观察和作宏观分析。分析前应对污染的断口加以清洗，用汽油、丙酮或石油醚清洗和浸泡；用化学法或电化学法去除氧化膜。用塑料膜在断口上多次进行覆型和干剥的覆型法是清除断口附着物的最好方法。
宏观分析能观察分析破断全貌、裂纹和零件形状的关系，断口与变形方向的关系，断口与受力状态的关系。能初步判断裂纹源位置、破断性质与原因，区分断裂是由疲劳引起的，还是静载或冲击载荷引起的，估计零件的超载程度。能缩小进一步分析研究的范围。它是破断故障分析中最常用、最方便、最重要的方法，它为微观分析提供线索和依据，是整个破断分析的基础。（3）微观分析
用金相显微镜或电子显微镜对断口的重要区域进行观察和微观分析，其主要目的是观察和分析断口形貌与显微组织的关系、在断裂过程中微观区域的变化、裂纹的微观组织与裂纹两侧夹杂物的性质、形状和分布，以及显微硬度、裂纹的起因等。（4）金相组织、化学成分、力学性能的检验
金相组织检验主要是研究材料是否有宏观及微观缺陷、裂纹分布与走向，以及金相组织是否正常等。化学成分分析是复验金属的化学成分是否符合零件要求，杂质、偏析及微量元素的含量和大致分布等。力学性能检验主要是复验金属材料的常规性能数据是否合格。（5）其他因素
主要是结合零件的设计、加工及周围环境等情况进行全面考虑。
断口分析的首要任务应把一次加载断裂和反复加载断裂即疲劳断裂区别开来。这对于寻找断裂的原因，改进设计计算、制造工艺和安装使用等都十分重要。区别一次加载断裂与疲劳断裂有以下几种方法：
①从零件断裂前的载荷作用情况判断。零件是经过反复多次的循环载荷之后断裂，还是一加载荷就断裂，这是区别疲劳断裂与一次加载断裂的重要依据。
②从断口分析的外观推测。一次加载断裂的断口是粗糙的，没有光滑区。疲劳断裂的断口一般都有两个明显不同的区域。表面比较光滑发亮的部分表示裂纹发展区域，其特征是因工作时零件反复弯曲，裂纹部分的表面发生相互摩擦而光滑，有时呈现弧形或放射形。表面粗糙的部分表示脆性的晶粒破坏区域。
③从断口附近的变形情况分析。伴随明显的塑性变形后发生的断裂则通常是一次加载断裂，而疲劳断裂一般没有明显塑性变形的突然断裂。对于脆性材料，如铸铁、淬火状态的高碳钢等很难进行区别，因为这两种材料均不会产生塑性变形，需从另外角度去辨别。
4.减轻断裂危害的措施
几乎所有的零件由于各种原因均有宏观或微观裂纹，只是裂纹的大小、性质不同而已。有裂必断的概念是错误的，有裂纹的零件不一定立即就断，都有一段亚临界扩展时间，在一定条件下，裂纹还可不发展，有裂纹的零件也可不断。但是，断是由裂发展而来的。断裂事故后果严重，目前在维修中一经发现裂纹都要加以修复或更换，重要零件则予以报废。因裂纹而报废的零件数量是相当可观的。
影响断裂的因素很多，只有在深入研究断裂的机理，充分认识断裂的规律之后，才能提出减轻断裂危害的有效措施。（1）减少局部应力集中
通过断口分析可知，绝大部分疲劳断裂都是起源于应力集中严重的部位，因此减少局部应力集中，是减轻或防止疲劳断裂的最有效措施之一。
一般零件上只要有任何几何形状的不连续，或者有存在于材料中的不连续时，都可能产生应力集中。几何形状不连续通常称为缺口，如肩台圆角、沟槽、油孔、键槽、螺纹、压配合零件的边缘以及加工刀痕等。材料中的不连续通常称为材料缺陷，如缩松及缩孔、非金属夹杂物、白点、焊接缺陷以及由加工或热处理引起的微裂等。
由于存在上述缺口或缺陷，在它们附近的实际应力要比名义平均应力高得多，这就是应力集中。
特别应强调的是在静载荷下应力集中所起的作用还不算十分显著，但在循环载荷或冲击载荷下，其影响则是决定性的。所以必须改善零件的结构形状，并注意减少局部应力集中。例如：焊缝通常是疲劳断裂的起源区域，对“T”形焊接接头应取适当的几何形状，焊后打圆角或钻孔，均能减轻应力集中的程度。（2）减少残余应力影响
各种加工和处理工艺过程，如拉拔、挤压、校直、弯曲、冲压、机加工、磨削以及焊接、热处理等均能引起残余应力。这些应力是由加工或处理时的塑性变形、热胀冷缩以及组织转变造成的。应注意的是，一般残余拉应力是有害的，但残余压应力则是有益的。渗碳、渗氮、喷丸和表面滚压加工等工艺过程均可产生残余压应力，它们将抵消一部分由外载荷引起的拉应力，因而减少了发生断裂的可能性。（3）控制载荷防止超载
载荷对断裂有直接影响。为减少或防止断裂，还应十分注意零件所受载荷的大小，或估计其超载程度。通过对断口特征的分析可估算受载情况和超载程度。
①零件在断裂前所经历的应力循环次数愈多，即寿命愈长，则其所受的载荷超载程度愈轻微。
②断口上的疲劳区愈光滑，则零件所受的循环应力愈小。
③从疲劳区与最后破断区的面积比较，可估计其超载程度。若破断区的面积只占整个截面的很小一部分，尽管疲劳裂纹已经发展很深，材料只剩下很小的健全截面，但仍能经得住外载荷，说明零件所受载荷是不大的。反之，则载荷是大的。
④疲劳源的数目愈多，说明其超载程度愈大。
⑤从最后破断区的位置估计超载程度。一般来说，最后破断区在截面的中心，超载程度较大；偏离中心的程度愈大，则超载程度愈小。
⑥裂纹发展愈不对称，则超载程度愈小。（4）其他
①在使用时注意早期发现裂纹，定期进行无损探伤和监测；尽量减轻零件的腐蚀损伤；减少机械设备运行时各部分的温差；尽量避免热应力。
②在维修时注意操作对零件断裂的影响，避免因拆装、存放、加工而使零件表面损伤；裂纹和断裂零件可用焊接、粘接、铆接等方法修复；对不重要零件上的裂纹可钻止裂孔防止或延缓其扩展，可附加强肋；疲劳裂纹发生在紧固件周围，可铰削紧固孔去除所有裂纹部分，换用较大的紧固件，此方法又称“去皮处理”。四、腐蚀
1.概念
腐蚀是金属受周围介质的作用而引起损伤的现象。腐蚀损伤总是从金属表面开始，然后或快或慢地往里深入，并使表面的外形发生变化，出现不规则形状的凹洞、斑点、疏松等破坏区域。破坏的金属变为氧化物或氢氧化物，形成腐蚀产物并部分地附着在表面上。铁生锈就是最明显的例子。
冶金、矿山、工程、化工等机械设备在高温、腐蚀介质等恶劣条件下工作，疲劳腐蚀的现象极易发生，十分严重，其结果不仅影响性能，缩短寿命，而且造成严重的跑、冒、滴、漏现象，恶化操作环境，危害职工身体健康。因此，对腐蚀的研究具有非常重要的现实意义。
2.分类
腐蚀的机理是化学反应或电化学作用。金属腐蚀按其机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和氧化。（1）化学腐蚀
化学腐蚀是金属与外部电介质作用直接产生化学反应的结果，在腐蚀过程中不产生电流。外部电介质多数为非电解质物质，如干燥空气、高温气体、有机液体、汽油、润滑油等。它们一经和金属接触便进行化学反应形成表面膜，在不断脱落又不断生成的过程中使零件腐蚀。化学腐蚀又可分为以下两类：
①气体腐蚀。金属在干燥气体中（表面上没有湿气冷凝）发生的腐蚀，称为气体腐蚀。它一般是指在高温时金属的腐蚀，如轧钢时生成厚的氧化皮以及内燃机活塞的烧坏等。
②在非电解质溶液中的腐蚀。这是指金属在不导电的液体中发生的腐蚀，如金属在有机液体（酒精、石油等）中的腐蚀。（2）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。它与化学腐蚀的不同之点在于腐蚀过程中有电流产生。按照所接触环境的不同，可把电化学腐蚀分为以下几类：
①大气腐蚀。腐蚀在潮湿的气体，如在空气中进行。
②土壤腐蚀。腐蚀在土壤中进行，如工程机械、农业机械的工作装置。
③在电解质溶液中的腐蚀。这是极其广泛的一类腐蚀，如天然水及大部分水溶液对金属的腐蚀，以及在海水和酸、碱、盐的水溶液中发生的腐蚀。
④在熔融盐中的腐蚀。如热处理车间，熔盐加热炉中的盐炉电极和所处理的金属发生的腐蚀。
以上两种腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多，金属腐蚀造成的损失大多数是电化学腐蚀引起的。（3）氧化
大多数金属与空气中的氧或氧化剂起作用，会在表面形成氧化膜。这种作用与化学、电化学作用不同，它不需表面存在腐蚀介质。在低温情况下，氧化膜形成后对金属基体有保护作用，能阻止金属继续氧化。但在高温情况下，膜层出现裂缝和孔隙，覆盖作用变差，这时氧化将以等速不断继续下去。
3.影响腐蚀的因素（1）金属的特性
金属的耐腐蚀性与它的标准电位、化学活性有关。标准电位愈低，化学活性就愈高，愈容易腐蚀。然而，像镍、铬等金属，尽管它们的电位较低，且化学活性较高，但在表面能生成一层很薄的致密氧化膜，有很高的化学稳定性，所以抗腐蚀能力很强。（2）金属的成分
金属中的杂质愈多，耐腐蚀性愈差。一般钢铁中都含有石墨、硫化物、硅化物等杂质，它们的电极电位都比铁高，金属在形成腐蚀电池时成为阳极，不断被腐蚀。（3）零件表面状况
零件的外表形状愈复杂，表面粗糙度愈大，耐腐蚀性愈差。这是因为复杂而粗糙的表面极易吸附电解质，同时形状的变化也易形成电位差。通常，压延金属的变形部分，金属表面擦伤、凹形、穴窝不平处，零件的转角、边缘和焊接、铆接处均常为阳极，比较容易被腐蚀。（4）环境
温度高，湿度大，介质中含有氧、二氧化硫、二氧化碳、氯离子，雨水和杂质多，都会加速腐蚀。
4.减轻腐蚀危害的措施
金属的腐蚀过程虽然是缓慢的，但是它所带来的危害却相当大，破坏机械设备的正常工作，降低使用寿命甚至报废，是一个带有普遍性的严重问题。据资料统计，全世界每年因腐蚀而损失的金属制品的重量占年产量的1/5～1/3。因此，如何减轻腐蚀的危害就成为一个重要课题。主要措施有：（1）正确选材
根据环境介质和使用条件，选择合适的耐蚀材料，如含有镍、铬、铝、硅、钛等元素的合金钢；在条件许可的情况下，尽量选用锦纶、塑料、陶瓷等材料。（2）合理设计
在制造机械设备时，虽然应用了较优良的材料，但是如果在结构的设计上不从金属防护角度加以全面考虑，常会引起机械应力，以及热应力、流体的停滞和聚集、局部过热等现象，从而加速腐蚀过程。因此合理地设计结构应特别加以注意。
不同的金属、气相空间、热和应力分布不均以及各部位之间的其他差别，都会引起腐蚀破坏。因此，设计时应努力使整个部位的所有条件尽可能地均匀一致，做到结构合理、外形简化、表面粗糙度合适。（3）覆盖保护层
它是在金属表面上覆盖一层不同的材料，改变表面结构，使金属与介质隔离开来，用以防止腐蚀。
1）金属保护层：采用电镀、热喷涂、化学镀等方法，在金属表面上覆盖一层如镍、铬、锡、锌等金属或合金作为保护层。
2）非金属保护层：主要有以下几种。
①涂料。将油基漆或树脂基漆用一定的方法涂覆在物体表面上，经固化形成薄涂层，从而保护机械设备免受高温气体及酸、碱、盐等介质的腐蚀作用。
涂料的品种很多，常用的有防腐漆、底漆、生漆、沥青漆、环氧树脂涂料、聚乙烯涂料及工业凡士林等。
涂料的防腐适应性强，不受机械设备或金属结构形状及大小的限制，使用方便，在现场也可施工。
②玻璃钢。它是采用合成树脂为粘结材料，以玻璃纤维及其制品，如玻璃布、玻璃带、玻璃丝等为增强材料，按各种成形方法制成。它具有良好的耐腐蚀性，比强度（强度与质量之比）高，但耐磨性差，有老化现象。
③硬软聚氯乙烯。它具有良好的耐腐蚀性和一定的机械强度，加工成形方便，焊接性能良好。
④耐酸酚醛塑料。这是以热固性酚醛树脂作胶接剂，以耐酸材料，如玻璃纤维、石棉等作填料的一种热固性塑料。它易于成形和机械加工，但成本较高，目前主要用在各种管道或管件中。
3）化学保护层：用化学或电化学方法在金属材料表面覆盖一层化合物的薄膜层，如磷化、发蓝、钝化、氧化、阳极氧化等。
4）表面合金化：如渗氮、渗铬、渗铝等。（4）电化学保护
用一个比零件材料的化学性能更活泼的金属铆接到零件上，形成一个腐蚀电池，零件作为阴极，不会发生腐蚀。
对被保护的机械设备通以直流电流进行极化，以消除这些电位差，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。这是一种较新的防腐蚀方法，但要求介质必须是导电的、连续的。电化学保护又可分为：
①阴极保护。主要是在被保护金属表面通以阴极直流电流，消除或减少被保护金属表面的腐蚀电池作用。
②阳极保护。它主要是在被保护金属表面通以阳极直流电流，使其金属表面生成钝化膜，从而增大了腐蚀过程的阻力。（5）添加缓蚀剂
在腐蚀性介质中加入少量能减少腐蚀速度的物质，可减轻腐蚀，这种加入物叫缓蚀剂。按化学性质，缓蚀剂可分为无机和有机两种：
①无机缓蚀剂。它能在金属表面形成保护，使金属与介质隔开。常用的有：重铬酸钾、硝酸钠、亚硫酸钠等。
②有机缓蚀剂。它能吸附在金属表面上，使金属溶解和还原反应都受到抑制，以减轻金属腐蚀。有机缓蚀剂分为液相和气相两类，一般是有机化合物，如胺盐、琼脂、糊精、动物胶、生物碱等。（6）改变环境条件
这种方法是将环境中的腐蚀介质去除，减轻其腐蚀作用，如采用通风、除湿、去除SO气体等。对常用金属材料来说，把相对湿度控2制在临界湿度（50%～70%）以下，可显著减缓大气腐蚀。在酸洗车间和电解车间里应合理设计地面坡度和排水沟，做好地面防腐蚀隔离层以防止酸液渗透地面而使其凸起，以免损坏贮槽及机械基础。五、气蚀
当零件与液体接触并产生相对运动，接触处的局部压力低于液体蒸发压力时，则形成气泡。溶解的气体也会析出形成气泡。这些气泡运动到高压区，气泡在被迫破灭的瞬间产生极大的冲击力和高温，称为水击现象。气泡形成与破灭的反复作用，使零件表面材料产生疲劳而逐渐脱落，呈麻点状，逐渐扩展成泡沫海绵状，这种现象称为气蚀。当气蚀严重时，可扩展为深度20mm的孔穴，直到穿透或开裂而破坏，因此又称为穴蚀。
气蚀是一种比较复杂的破坏现象，它不单是机械作用，还有化学、电化学作用，当液体中含有杂质或磨粒时会加剧这一破坏过程。气蚀常发生在柴油机缸套外壁、水泵零件、水轮机叶片、液压泵等。随着它们向高参数发展，气蚀破坏已愈来愈突出。
减轻气蚀的措施主要有：
①在设计、加工、安装等方面，应尽量减少截面突变，加大圆角，减少流体的压力差，降低流速，减少气蚀的形成。
②减小与液体接触表面的振动，以减少水击现象的发生，例如提高刚性、改善支承、采取吸振措施等。
③选用耐气蚀的材料，如球状或团状石墨的铸铁、不锈钢、锦纶等。
④零件表面涂塑料、陶瓷等防气蚀材料；也可在表面镀铬。
⑤改进零件结构，减小表面粗糙度值，减少液体流动时产生的涡流现象。
⑥在水中添加乳化油，减小气泡破灭时的冲击力。
⑦设法降低流体的温度，在水冷柴油机汽缸套的水中加缓蚀剂。六、老化
机械设备和零部件制造后，在长期的使用或保管、闲置过程中出现精度下降、性能变坏、价值贬低的现象称老化。研究老化的规律，探讨适应该规律的相应对策是维修的重要内容和理论基础。
1.老化的分类（1）有形老化
机械设备及零部件在使用或保管、闲置过程中，因摩擦磨损、变形、冲击、振动、疲劳、断裂、腐蚀等使其实物形态变化、精度降低、性能变坏，这种现象称为有形老化。其中：在运行中造成的实体损坏为第Ⅰ种有形老化；而在保管和闲置中由于残余应力引起的变形、金属锈蚀、木材与皮革腐朽、橡胶与塑料老化变质等自然力形成的实体损坏，称第Ⅱ种有形老化。
第Ⅰ种有形老化与使用时间和强度有关；第Ⅱ种有形老化与闲置时间和保管状态有关。如果改进设计、提高加工质量、正确使用、及时维护、合理保管都能推迟有形老化的进程，延长机械设备的使用寿命。（2）无形老化
机械设备在使用或闲置过程中，由于科学技术进步而发生使用价值或再生产价格降低的现象叫做无形老化，又称经济老化。其中，机械设备的技术结构和经济性能并未改变，但因技术进步、生产工艺改进、劳动生产率提高、增大生产规模，再生产该种机械设备的价格降低，使其贬值的现象为第Ⅰ种无形老化。它虽使机械设备贬值，但本身的技术性能和使用价值并未降低，因此不存在提前更换的问题；而第Ⅱ种无形老化是指因出现了结构更巧、技术性能更佳、生产效率更高、经济效益更好的新型机械设备，使原机械设备显得技术陈旧、功能落后、经济效益降低，造成贬值的现象。
如果科学技术进一步发展，广泛采用新工艺、新材料、新技术、新方法，使原有的机械设备完全失去了使用价值而被淘汰，那么就急剧地发生了老化过程。
值得指出的是，既然无形老化是社会生产力发展的结果，那么老化愈快，说明科学技术进步愈快。因此，我们不应防止机械设备的无形老化，而应认真研究它的规律，采取措施适应科学技术的发展。我们希望任何一台机械设备购入后应尽快投入使用，努力提高其利用率，在有限的寿命期内创造更多的价值，得到更高的效益。
2.老化的共同规律（1）零件寿命的不平衡性和分散性
零件寿命有两个特点，即异名零件寿命的不平衡性和同名零件寿命的分散性。
在机械设备中，每个零件的设计、结构和工作条件各不相同，老化的速率相差很大，形成了异名零件寿命的不平衡性。提高了一部分零件的寿命，而其他零件的寿命又相对缩短了，因此异名零件寿命的不平衡是绝对的，平衡只是暂时和相对的。
对于同名零件，由于材质差异、加工与装配的误差、使用与维修的差别，其寿命长短不同，分布成正态曲线，形成同名零件寿命的分散性。这种分散性可设法减小，但不能消除，因此，它是绝对的。同名零件寿命的分散性又扩大了异名零件寿命的不平衡性。
零件寿命的这两个特性完全适用于部件、总成和机械设备。（2）机械设备寿命的地区性和递减性
机械设备的寿命受自然条件影响很大，如在恶劣工况条件下工作的工程机械、矿山机械等，其行走部分及减速箱的磨损会加剧；气候和地理条件的影响，如在寒冷或炎热以及沙漠地区工作的机械设备，其腐蚀和磨粒磨损剧增，进一步扩大了寿命的分散性。这种影响在相同地区具有相同的趋势，因此称机械设备寿命的地区性。
由于材料的物理力学性能发生变化需要一定的时间，所以零件的许多缺陷只有经过相当时间的发展才逐渐显露出来。受各方面条件的限制和制约，机械设备经过维修，其技术状况通常达不到预定的要求，寿命将随维修次数的增加而呈递减的趋势，即所谓递减性。（3）机械设备性能和效率的递减性
在机械设备的有形老化中，有些可以通过维修予以恢复；有些因技术或经济上的原因，在目前条件下还无法彻底恢复；因此，经过维修的机械设备其性能和效率呈递减的趋势，即所谓递减性。七、泄漏
泄漏是指密封件两侧面间有间隙或有压力差（或浓度差），使密封容器或管道内的物质产生渗出或漏出的现象。
泄漏会污染工作介质，影响产品质量，加剧零件磨损，缩短机械设备寿命。泄漏严重时，还会使机械设备被迫停止运行或损坏，影响生产，加大耗费。使用流体介质的机械设备若内部泄漏，则会影响容积效率，甚至使工作失效。泄漏不仅浪费资源，还会造成环境污染，危及人身安全，引发灾难性事故。因此，泄漏是关系到能源、环境和人身安全的重大问题。
1.分类
泄漏的分类见表2-3。
2.原因
造成泄漏的主要原因，除了部分企业领导对此不够重视以外，主要有设计不合理、零件加工质量不高、没能达到装配要求、密封件质量不稳定等先天性的因素；也有使用中零件，尤其是密封件失效、维修中修复或装配不当、工作条件变化等后天性的因素。
3.治理
防漏治漏工作涉及面广、技术性强，应针对泄漏的原因，从预防入手，防治结合，“对症下药”，进行综合性治理，从管理和技术两
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