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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