机械设备修理工艺学

书名：机械设备修理工艺学第2版ISBN：978-7-111-30731-0作者：晏初宏层次：高职高专机械工业出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识第一节机械零件的失效机械设备修理工艺学高职高专十一五课件一、零件的变形第一章机械设备修理的基本知识一个结构或零件，特别是基础零件在外加载荷的作用下发生变形，将导致零部件之间相互位置精度遭到破坏，影响各组成零件的相互关系。据估算，变形对零部件寿命的影响在30％左右。对于金属切削机床类设备，由于精度要求较高，变形的影响就更加突出。在修理实践中发现，修理质量低、大修周期短的一个重要原因就是零部件的变形。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件1.零件变形的原因第一章机械设备修理的基本知识(1)毛坯制造铸造、锻造、焊接等热加工零件由于温度差异、冷却和组织转变的先后不一都会形成残余的内应力，尤其是铸造毛坯，形状复杂，厚薄不均，在浇铸后的冷却过程中，形成拉伸、压缩等不同的应力状态，可能发生变形或断裂。经热处理的零件也存在内应力。(2)机械加工在切削加工过程中，由于装夹、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，引起变形。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识(3)操作使用工程机械、矿山机械、冶金设备、锻压设备及其他热加工机械设备等，在较恶劣的工况下T作，其个别零部件在极限载荷或超载荷的情况下运行，高温导致零部件屈服强度降低，从而使零部件产生变形。(4)修理质量在设备修理过程中，如果不考虑被修零件已经变形，常常会造成零件更大的变形或增加变形的危害。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件2.零件的变形失效第一章机械设备修理的基本知识零件产生变形后，如果出现不能承受规定的载荷、不能起到规定的作用或与其他零件的运转发生干扰等情况时，零件则产生了变形失效。变形失效可以是弹性变形失效，也可以是塑性变形失效。变形失效主要有两个特征，即体积发生变化和几何形状发生变化。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识(1)弹性变形失效分析当一个零件没有明显的永久变形或涉及复杂的应力场时．必须考虑弹性变形失效，因为变形失效包含一次加载屈服，而且大部分零件在载荷的作用下将发生弹性弯曲。(2)累积应变失效分析当某一零件在承受稳态载荷时，还承受与主动方向不同的一个循环变化的叠加载荷，循环变化的载荷所产生的应变使零件的两端每半周一次交替发生超过屈服点(ors)的应变。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件•过载变形失效分析分为：•1）应力分析、2)极限分析、3)变形量分析第一章机械设备修理的基本知识(3)过载变形失效分析每一个构件或零件都有一个承载极限，当承载载荷超过此极限时则称为过载，机械零件在过载情况下会发生变形或断裂。在强度理论定量设计中以及零件强度极限分析中，大多数情况是将应力完全限制在弹性范围内，并把材料屈服强度作为结构或零件变形失效的合理依据。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件3.减轻零件变形危害的措施•3)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，避免局部超载和过热，加强设备的检查和维护。第一章机械设备修理的基本知识•1)在机械设计中不仅要考虑零件的强度，还要考虑零件的刚度和制造、装配、使用、拆卸修理等有关问题。•2)在机械加工中要采取一系列工艺措施防止和减小变形，对毛坯要进行时效处理以消除其残余内应力。•4)在设备修理中，不仅要恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等，还要检查和修复主要零件的形状和位置误差，制定出与变形有关的标准和修理规范。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件二、零件的断裂第一章机械设备修理的基本知识断裂指在外力的作用下发生的几个原子间距的正向分离与切向分离，断裂是材料或零件的一种复杂现象，在不同的力学、物理和化学环境下会有不同的断裂形式。example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发生蠕变断裂在腐蚀环境下会发生应力腐蚀或腐蚀疲劳机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识断口的宏观形态特征按载荷性质韧性断裂脆性断裂一次加载断裂疲劳断裂是超过强度极限前发生韧性变形后而发生断裂，多数为穿晶断裂，即裂缝是割断晶粒而穿过，一般是在切应力作用下发生，又称为切变断裂。一般发生在应力达到条件屈服强度前，没有或只有少量的塑性变形，多为沿晶界扩展而突然发生，又称为晶界断裂，断口呈结晶状，平滑而光亮，称为解理面，因此这种断裂也称为解理断裂。是零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲或一次冲击下的断裂。为反复加载断裂，即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。据估计，机械零件的断裂失效中疲劳断裂失效占80％左右。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件1．零件疲劳断裂的基本原理第一章机械设备修理的基本知识零件承受循环载荷时，在局部将出现很大的塑性变形，表面将出现一些滑移线或滑移带，滑移带中产生一些缺口峰。峰底处将产生高度应力集中，在持续反复载荷作用下．经过一定周期，发展成微观裂纹，称为疲劳核心，一般从晶界与表面相交处开始：材料表面层有夹杂物、零件表面加工痕迹、表而划伤及其他缺陷也可认为是一些微观裂纹。微观裂纹形成后，进一步加强了滑移带的应力集中，在循环负荷作用下，裂纹将继续向内部发展。很多裂纹的深度增加，连接成为一个主导裂纹，当其达到临界长度后，发生突然断裂机械设备修理工艺学高职高专十一五课件2.减轻断裂危害的措施：•(1)在机械设汁中要尽量减少应力集中第一章机械设备修理的基本知识如焊缝通常是疲劳断裂失效的起源区域，对T形焊接接头，采取适当的几何形状，焊后打磨圆角或钻孔，均能减轻应力集中的程度。零件截面改变处采用组合圆角比采用单一半径圆角能戚倍增加疲劳寿命。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识•(2)在机械制造工艺方面延长零件疲劳寿命的最有效途径是引入残余压应力，如喷丸强化处理、冷滚压加工等。利用金属纤维在不同方向上力学性能的差别提高疲劳寿命，如锻造螺柱的疲劳寿命是机械加工螺柱的疲劳寿命的三倍，滚压螺纹的疲劳寿命也可延长很多。对零件进行表面热处理和化学处理，提高零件表层的强度和硬度，也能延长其疲劳寿命。机械设备修理工艺学高职高专十一五课件第一章机械设备修理的基本知识•(3)机械设备在使用中的注意事项要注意及时发现零件裂纹，定期进行无损探伤：尽量减轻零件的腐蚀损伤，因为腐蚀会增加裂纹扩展的速率；尽可能减少设备运行中各部分的温差，如发动机起动时各部分温差很大，如果立即高速大负荷运转，会加大温差，由热应力引起应力集中加速有关零件疲劳损坏；设备使用中还要严格避免设备超载并尽量减少冲击。第一章机械设备修理的基本知识•(4)机械设备在修理中的注意事项要注意以下几点：1)注意对断裂零件进行断口分析，以确定零件断裂的形式、原因、起源和超载程度等。断口分析以宏观分析为主，还可利用光学显微镜和电子显微镜进行微观分析。2)裂纹和断裂零件的修复方法有很多。3)注意修理操作对零件断裂的影响。4)采用延长零件寿命的修复方法，如表面去皮修理，将旋桨、发动机涡轮叶片等零件定期去除一薄层金属可以大大延长其使用寿命。5)对容易产生断裂的重要零件实行状态监测，如定期进行无损检测，利用闪频仪在零件运转中监测等。三、零件的蚀损第一章机械设备修理的基本知识零件的蚀损形式腐蚀气蚀在周围介质作用下，零件表面发生的以化学或电化学反应为主的磨损。它与其他形式的磨损相伴发生、相互影响和相互促进，可产生严重的后果，特别是在高温和潮湿的环境中尤为严重。是一种比较复杂的破坏现象，它不仅仅是机械作用，还有化学反应、电化学作用，液体中含有磨料时会加剧这一破坏过程。气蚀现象经常发生在柴油机气缸套外壁、水泵零件、水轮机叶片、船舶螺旋桨等部位。1.腐蚀第一章机械设备修理的基本知识腐蚀的机理氧化磨损电化学作用金属与气体(特别是高温气体)和非导电液体介质接触，则发生化学腐蚀。金属与电解液(酸、盐类水溶液)相接触，则发生电化学腐蚀。腐蚀磨损化学反应特殊介质腐蚀磨损金属与空气中的氧作用形成氧化磨损是最常见的一种腐蚀磨损形式，其特征是摩擦表面沿滑动方向呈匀细磨痕。摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质作用发生化学反应而形成腐蚀磨损，其机理与氧化磨损相似，在摩擦表面上糟滑动方向也有腐蚀磨损的痕迹，但磨损速度较快。减轻腐蚀危害其主要措施有：•1)根据工作环境条件选择合适的耐蚀材料，尽量以塑料代替金属；进行合理的结构设计，零件外形要简化，表面粗糙度值的大小要合适，避免形成原电池的条件。第一章机械设备修理的基本知识•2)覆盖金属保护层如镍、铬、锌等，覆盖方法有电镀、喷涂、化学镀等；非金属保护层如涂装、塑料、橡胶、搪瓷等；化学保护层如磷化、钝化、氧化等；表面合金化如渗氨、渗铬、渗铝等。•3)进行电化学保护，用比零件材料化学性能更活泼的金属铆接在零件上，人为形成原电池，零件成为阴极受到保护，从而不会发生电化学腐蚀。•4)进行介质处理，将有机缓蚀剂或无机缓蚀剂加入相应介质，减弱零件的腐蚀。2.气蚀第一章机械设备修理的基本知识气蚀的机理当零件与液体接触并有相对运动，接触处局部压力低于液体蒸发压力时．被体形成气泡，溶解的气体也会析出形成气泡，这些气泡运动到高压区，气泡被迫溃灭的瞬间，产生极大的冲击力和高温，这种现象称为水击现象。气泡形成与溃灭的反复作用，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。气蚀严重时，可扩展为深度20mm的孔穴，直到穿透零件或使零件产生裂纹而损坏，因此又称为穴蚀。减轻穴蚀危害的措施有：•1)减小零件与液体接触表面的振动，以减少水击现象的发生。如增强刚性、改善支承、采取吸振措施等。第一章机械设备修理的基本知识•2）选用耐穴蚀的材料，如铸铁成分中最容易穴蚀的是片状石墨，而球状或团状石墨耐穴蚀性好，珠光体比铁素体耐穴蚀。此外，不锈钢、尼龙也耐穴蚀。)•3)零件表面涂防穴蚀材料，如塑料、陶瓷、表面镀铬等，减小表面粗糙度值也有利于减轻穴蚀。•4)改进零件结构，减少液体流动时产生涡流的现象。•5)介质中添加乳化油，可减小气泡爆破时的冲击力，以减轻穴蚀。四、零件的磨损第一章机械设备修理的基本知识磨损工作表面在摩擦时沿其表面发生的微观或宏观变化过程的结果。磨损是一种很复杂的过程，它涉及的问题很广，影响的因素很多。若仅对其表面做宏观的观察，则难以完全认识其机理和规律。随着科学技术的进步，人们对磨损规律的认识已取得很大进展，已开始由宏观进入微观、由静态进入动态、由定性到定量的研究阶段，但仍远远未臻完善，至今仍未得出统一的理论。1．磨损的类型第一章机械设备修理的基本知识按接触表面的性质分类磨粒磨损固体磨损液体磨损气体磨损按磨损机理分类磨粒磨损粘着磨损疲劳磨损腐蚀磨损微动磨损气蚀磨损冲蚀磨损2．磨损的表示方法第一章机械设备修理的基本知识常用尺寸变化、体积变化和质量变化来表达，如线磨损量u，体积磨损量v，质量磨损量G等。（1）磨损量表示磨损结果的指标(2)磨损率表示磨损快慢的指标1)2)3)4)3．磨损的一般规律第一章机械设备修理的基本知识(1)初期磨损阶段(又称跑合阶段)(2)稳定磨损阶段(又称工作磨损阶段)(3)急剧磨损阶段(又称强烈磨损阶段)4．减少磨损的途径•1)正确选择材料是提高耐磨性的关键第一章机械设备修理的基本知识•2)为了改善零件表面的耐磨性可采用多种表面处理方法•3)尽量保证液体润滑，采用合适的润滑材料和正确的润滑方法，采用润滑添加剂，注意密封等。•4)合理进行摩擦副的结构设计是提高耐磨性，减少磨损的重要条件。•5)设备的使用和维护正确与否对设备的寿命影响极大，正确的使用和维护与不正确的使用和维护其寿命往往可相差几倍。第一章机械设备修理的基本知识第二节设备修理前的准备工作一、设备修理的方式第一章机械设备修理的基本知识按计划进行的修理，即所谓“计划预修