机械设计手册 单行本 失效分析和故障诊断 第4版PDF电子书下载

第28篇 失效分析和故障诊断 3

第1章 总述 3

1 机械产品的失效（故障）类型及影响因素 3

1.1　失效类型 3

1.1.1 机器或系统的失效类型 3

1.1.2　零部件失效类型 3

1.2　失效的基本影响因素 4

1.2.1　设计因素 4

1.2.2　制造工艺因素 4

1.2.3　装配调试因素 4

1.2.4　材质因素 4

1.2.5　运转维修因素 4

2　失效分析的基本内容与故障诊断的基本类型 5

2.1　失效分析的基本内容 5

2.1.1　失效分析对象与作用 5

2.1.2　失效分析工作三要素 5

2.1.3　失效分析与其他学科的关系 5

2.2　故障诊断的基本类型 5

2.2.1　性能诊断和运行诊断 5

2.2.2　定期诊断和在线监测 6

2.2.3　直接诊断和间接诊断 6

2.2.4　常规诊断和特殊诊断 6

2.2.5　简易诊断和精密诊断 6

3　失效分析的基本思路与方法 6

3.1　失效分析的一般思路 7

3.2　失效分析系统工程方法 7

3.3　失效分析的一般过程与步骤 8

3.3.1　失效对象的现场调查 9

3.3.2　现场初步分析 9

3.3.3　检测试验、查清失效原因 9

3.3.4　提出结论与报告 10

第2章 金属断裂与断口分析 11

1　金属零件的脆性断裂 11

1.1　基本特点 11

1.1.1　低应力断裂 11

1.1.2　裂纹源 11

1.1.3　韧性转变脆性 11

1.1.4　宏观断口形貌 11

1.2　微观机理 11

1.2.1 解理断裂 11

1.2.2　准解理断裂 12

2　金属零件的过载断裂 12

2.1　韧窝的形成和性质 13

2.2　韧窝的类型与应力状态 13

2.2.1　正交韧窝 13

2.2.2　剪切韧窝 13

2.2.3　撕裂韧窝 13

3　金属零件的疲劳断裂 14

3.1　疲劳断裂的基本类型 14

3.1.1 按疲劳断裂的不同产生基因分 14

3.1.2　按疲劳断裂寿命分 14

3.2　疲劳断口的宏观形貌特征 14

3.2.1 疲劳断口三区的宏观一般特征 14

3.2.2　加载类型对疲劳断口三区的影响 15

3.3　疲劳断口的微观形貌特征 16

3.3.1　疲劳源的典型微观特征 17

3.3.2　疲劳扩展区的微观结构 18

3.3.3　瞬断区的微观形貌特征 19

4　金属零件的环境致断 20

4.1　应力腐蚀破裂 20

4.1.1 应力腐蚀破裂的特点和影响因素 20

4.1.2　应力腐蚀破裂的断口特征 22

4.2　氢脆 23

4.2.1 氢脆的特点与一般影响因素 23

4.2.2　氢脆的主要类型及其预防措施 24

4.2.3　氢脆的断口形貌特征 25

4.3　蠕变断裂 27

4.3.1 蠕变断裂的特点和影响因素 27

4.3.2　蠕变断裂的裂纹状态与断口形貌 28

5　金属零件的裂纹分析 29

5.1 金属零件裂纹的基本类型与特点 29

5.2　裂纹源的位向 32

5.2.1　裂纹源的宏观位向 32

5.2.2　裂纹源的微观局部位向 33

第3章　表面损伤及变形失效 34

1　磨损失效分析 34

1.1　磨损与磨损失效 34

1.1.1　磨损概念 34

1.1.2　磨损量、度与耐磨性 34

1.1.3　磨损失效 34

1.2　磨损失效的基本类型 34

1.2.1　粘着磨损 34

1.2.2　磨粒磨损 35

1.2.3　表面疲劳磨损 35

1.2.4　冲蚀磨损 35

1.2.5　腐蚀磨损 35

1.2.6　气蚀磨损 36

1.3　磨损失效的基本影响因素 36

1.3.1 摩擦副材质对磨损失效的影响 36

1.3.2　工况参数对磨损失效的影响 38

1.4　磨损失效的分析方法 40

1.4.1　特点 40

1.4.2　磨损失效分析的一般步骤 43

1.4.3　磨损失效分析手段 43

2　腐蚀失效分析 45

2.1 腐蚀失效基本概念及腐蚀程度表示法 45

2.1.1　腐蚀失效的基本概念 45

2.1.2　金属腐蚀程度的表示法 45

2.2　腐蚀失效的基本类型和影响因素 45

2.2.1 大气腐蚀 45

2.2.2　土壤腐蚀 46

2.2.3　海水腐蚀 47

2.2.4　均匀腐蚀 47

2.2.5　点腐蚀（穴点腐蚀） 48

2.2.6　缝隙腐蚀 49

2.2.7　接触腐蚀 49

2.2.8　晶间腐蚀 50

2.3　腐蚀失效分析方法 50

2.3.1　现场检测注意事项 50

2.3.2　腐蚀表面检析 50

2.3.3　反馈腐蚀试验 51

2.4　防腐措施 51

2.4.1　采用表面防护技术 51

2.4.2　正确选用金属材料与表面状态 52

2.4.3　改善介质的抗腐蚀条件 52

2.4.4 电偶作用防腐法 53

2.4.5　采用合理的防蚀结构设计 53

3　畸变失效分析 54

3.1　畸变和畸变失效 54

3.1.1 畸变 54

3.1.2　畸变失效 54

3.2　畸变失效的基本类型 55

3.2.1　弹性畸变失效 55

3.2.2　塑性畸变 56

3.2.3　翘曲畸变 56

3.3　畸变失效分析方法 57

第4章 金属零件损伤的类型、预防及失效判据 58

1 齿轮 58

1.1　齿轮损伤的类型及预防 58

1.2　齿轮的失效判据 58

1.2.1 重载齿轮磨损失效判据 61

1.2.2 重载齿轮齿面点蚀失效判据 61

1.2.3 重载齿轮齿面剥落失效判据 62

1.2.4　重载齿轮齿面胶合失效判据 62

1.2.5 重载齿轮轮齿塑变失效判据 62

1.2.6　重载齿轮轮齿折断、裂纹的失效判据 62

1.3　某大型减速器齿轮断齿分析 62

1.3.1　齿轮断裂的检查与分析 62

1.3.2　双圆弧齿轮试验及其结论 64

1.3.3　结论与措施 65

2　轴 65

2.1 轴的失效类型及预防 65

2.2　轴的失效判据 65

2.3　失效轴的检验 66

2.4　某大型减速机齿轮轴的断裂分析 66

2.4.1　轴的断口分析 66

2.4.2　轴的力学分析 67

2.4.3　轴的理化检验和分析 68

2.4.4　轴断裂原因、机理与预防轴断裂的对策 69

3　滚动轴承 69

3.1　滚动轴承的失效分析 69

3.2　滚动轴承典型失效案例两则：不对中结构与亚表面缺陷 71

3.2.1 因轴承和轴不对中结构引起的轴承失效 71

3.2.2　亚表面金属缺陷引起轴承构件的失效 72

4　螺纹联接件 74

4.1　螺纹联接件的失效分析 74

4.2 案例——高强度螺纹件的断裂分析 74

4.2.1　断裂原因分析 74

4.2.2　材料的分析与试验 75

4.2.3　结论与措施 76

第5章　设备故障诊断与预防 77

1 诊断技术 77

1.1　故障诊断技术 77

1.1.1 状态监测 77

1.1.2　识别诊断 77

1.1.3　决策预防 77

1.2　振动诊断技术 78

1.3　声诊断技术 78

1.3.1　声和噪声诊断法 78

1.3.2　超声波诊断法 78

1.3.3　声发射诊断法 78

1.4　温度诊断技术 79

1.5　油样分析技术 79

1.6　其他诊断技术 79

1.6.1 振声诊断 79

1.6.2　光诊断技术 79

2　信号采集 79

2.1　信号采集技术 79

2.1.1　振动信号的采集方法 79

2.1.2 声信号采集方法 79

2.1.3　温度信号采集方法 80

2.1.4 油样分析中的铁谱和磁塞的油样采集方法 80

2.1.5　其他信号采集方法 80

2.2　传感器 81

2.2.1　传感器分类 81

2.2.2　常用传感器 81

3　信号处理 82

3.1　信号的预处理 82

3.1.1 滤波处理 82

3.1.2　相加平均法 83

3.1.3　包络处理 83

3.2　以快速傅里叶变换（FFT）技术为基础的相关分析与谱分析 83

3.2.1 确定性信号的数据处理 84

3.2.2　随机信号的数据处理 84

3.3　时间序列法数据处理 86

3.4　小波分析法 86

3.5　信号的分形处理 87

3.5.1 分形滤波 87

3.5.2　分形特征提取 87

3.6　其他信号的处理方法 87

3.6.1　温度信号处理方法 87

3.6.2　光信号处理方法 87

3.6.3　声的信号处理 87

4　故障诊断系统 88

4.1 诊断方法与特征参数 88

4.2　诊断用标准谱数据库 88

4.3　监测与诊断系统实例 89

4.3.1 650轧机轧制力矩在线监测系统 89

4.3.2　旋转机械在线监测系统 89

4.3.3　造纸工艺流程系统的在线监测 89

4.3.4　齿轮减速器的综合监测诊断系统 90

4.4　故障诊断的智能系统 90

4.4.1 基于知识的专家系统 90

4.4.2　基于神经网络的智能诊断系统 90

5　故障预防 90

5.1　故障预防技术 90

5.2　机械设备维修原则 91

5.2.1 设备维修后勤功能分析和配置 91

5.2.2　生产系统功能分析 91

5.3　机器设备故障隐患消除 91

参考文献 92