2。机械故障诊断学第2章_机械故障.ppt

机械故障诊断学 §2-1 故障的概念 §2-2 故障分类与规律 §2-3 故障分布模型 §2-4 故障模式 §2-5 故障机理 §2-1 故障的概念 1. 机械故障----结构、机器或机械零件在尺寸、形状、材料性质方面的改变，使结构、机器或机械零件不能达到原设计要求的功能，或者改变原有的各种参数，称为机械故障。 2. 影响机械工作能力的能量：机械能、热能、化学能、核能、电磁能、生物能等，这些因素引起零件、产品性能参数降低，最后导致机械故障的发生。 §2-2 故障分类与规律 §2-2-1 故障分类 目的：揭示、分析故障实质，选择适当诊断手段。 1. 按故障对机械工作能力的影响分类： 完全性故障----机器丧失主要功能，工作完全中断； 局部性故障----机器丧失部分功能，工作还能继续进行。 2. 按故障发生速度及演变过程分类 突发性故障----故障概率与工作时间无关，没有明显征兆，来不及监测预报； 渐进性故障----长期使用，某些零件技术指标超标引起的故障，可通过监测预报  3. 按故障发生性质分类： 人为故障----操作人员违反规定操作、维修、管理引起的故障，易被忽视； 自然故障----由于使用环境、材料缺陷等造成的故障。 4. 按故障发生时间分类： 早期故障； 使用期故障； 老化期故障。 5. 按故障相关性分类： 非相关性故障----不是由于其它零件的故障引起的故障； 相关性故障----由于其它零件的故障引起的故障，也称为二次故障。例：油泵故障----油中断----曲轴与主轴瓦粘着（咬死），主轴瓦故障属相关性故障。 以下两表可从总体上分析故障分布情况，有助于抓关键，寻对策。 §2-2-2 故障规律 机械设备使用全过程分为： 磨合期（早期故障期） 正常使用期（随机故障期） 耗损期（磨耗故障期） 1.早期故障期特点： 故障率高，但随时间增长，故障率很快下降，并趋于稳定。产生原因：由设计、制造、安装等因素造成。 2.随机故障期特点： ①故障率低而稳定，近似常数，与时间t关系不大。 ②偶然因素引起故障，由于设计制造中潜在缺陷、 操作差错、不良维护、环境等因素所致。通过调试不能消除，更换零件不能预防。 ③ 时间长，约等于机器的使用期限。 3.磨耗故障期特点： 故障率随时间增长而大大增加，是由机器本身物理、化学等变化导致磨损、疲劳、腐蚀等故障发生。 4. 其它故障规律特点： §2-3 故障分布模型 定量分析故障特征模型：正态分布、指数分布、威布尔分布、 对数正态分布、伽玛分布等常见概率模型。 定性分析故障机理模型：应力--强度模型、最弱环模型、退化模型、 累积损伤模型等常见物理模型。 两者关系：故障机理模型有助于故障分布模型的判别； 分布模型的特性有助于故障机理的分析。 §2-3-1威布尔型故障分布 1.物理模型----最弱环模型 产品由若干个独立部件串联构成，若其中某个常发生故障的部件发生故障，导致整体故障。犹如链条断裂一样，断口所在环称为最弱环。 最弱环的寿命=产品寿命。 最弱环型的故障分布通常服从威布尔分布。 2. 威布尔分布特征 威布尔分布----一种随时间变化带有极值的函数，常采用表示损耗故障，其故障密度函数f(t)、可靠度函数R(t)、故障率函数?(t)分别为： 分析：取?=1，不同的m值，f(t)、R(t)、?(t)如图所示。 当m1，威布尔分布表现为早期故障； 当m=1，表现为指数分布的偶然故障； 当m1，f(t)有极值，表现为耗损故障； 随m的增加，f(t)趋于对称形（正态分布），指数分布、正态分布、瑞利分布均可看作威布尔分布的特例。 3.适用范围 ①串联结构：若有常发故障串联元，在强外力随机作用下，首先发生故障。如动力传动系统、管路系统等，都可考虑威布尔分布。 ②非串联结构： 各部件故障间相互关联密切，通过传播蔓延而导致故障，都可考虑威布尔分布。例如球轴承疲劳失效，由部分钢球碎裂导致其它钢球过载引起轴承失效。 ③渐进性故障：例如轴承、活塞、齿轮箱等在磨损故障期出现的故障有不少属于威布尔分布。 §2-3-2指数型故障分布 1.物理模型----应力--抗力模型 2.指数分布特征 故障密度函数： 可靠度函数： 故障率函数： §2-3-3伽玛型故障分布 2.伽玛分布特性： 故障密度函数： 可靠度函数： 故障率函数： §2-3-3正态型故障分布 2.正态分布特性： 注意： 建立故障分布模型，有助于查明故障形成机理，在产品设计阶段可估计产品的可靠度。