機(jī)械磨損簡介

據(jù)估計(jì)，世界上的能源消耗中約有1/3～1/2是由于摩擦和磨損造成的，一般機(jī)械設(shè)備中約有80%的零件因磨損而失效報(bào)廢。摩擦是不可避免的自然現(xiàn)象，磨損是摩擦的必然結(jié)果，二者均發(fā)生于材料表面。磨損是一種微觀和動(dòng)態(tài)的過程，在這一過程中，零件不僅發(fā)生外形和尺寸的變化，而且會(huì)發(fā)生其他各種物理、化學(xué)和機(jī)械的變化。

通常將磨損分為黏著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損種和微動(dòng)磨損五種形式。機(jī)械磨損是指機(jī)械設(shè)備在工作過程中，因機(jī)件間不斷地摩擦或因介質(zhì)的沖刷，其摩擦表面逐漸產(chǎn)生磨損，因此引起機(jī)件幾何形狀改變，強(qiáng)度降低，破壞了機(jī)械的正常工作條件，使機(jī)器喪失了原有的精度和功能，這稱為機(jī)械磨損。

兩摩擦表面接觸時(shí)，由于表面不平，發(fā)生的是點(diǎn)接觸，在相對滑動(dòng)和一定載荷作用下，在接觸點(diǎn)發(fā)生塑性變形或剪切，使其表面膜破裂，摩擦表面溫度升高，嚴(yán)重時(shí)表面金屬會(huì)軟化或熔化，此時(shí)，接觸點(diǎn)產(chǎn)生黏著，然后出現(xiàn)黏著一剪斷一再黏著一再剪斷的循環(huán)過程，這就形成黏著磨損。

根據(jù)黏著程度的不同，黏著磨損的類型也不同。若剪切發(fā)生在黏著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料極輕微，則稱輕微磨損，如缸套一活塞環(huán)的正常磨損；當(dāng)剪切發(fā)生在軟金屬淺層里面，轉(zhuǎn)移到硬金屬表面上，稱為涂抹；如重載蝸輪副的蝸桿的磨損。若剪切發(fā)生在軟金屬接近表面的地方，硬表面可能被劃傷，稱為擦傷；如滑動(dòng)軸承的軸瓦與軸摩擦的拉傷；當(dāng)剪切發(fā)生在摩擦副一方或兩方金屬較深的地方，稱為撕脫，如滑動(dòng)軸承的軸瓦與軸的焊合層在較深部位剪斷時(shí)就是撕脫；若摩擦副之間咬死，不能相對運(yùn)動(dòng)，則稱為咬死，如滑動(dòng)軸承在油膜嚴(yán)重破壞的條件下，過熱、表面流動(dòng)、刮傷和撕脫不斷發(fā)生時(shí)，又存在尺寸較大的異物硬粒部分嵌入在合金層中，則此異物與軸摩擦生熱。上述兩種作用疊加在一起，使接觸面黏附力急劇增加，造成軸與滑動(dòng)軸承抱合在一起，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，相互咬死。

由于一個(gè)表面硬的凸起部分和另一表面接觸，或者在兩個(gè)摩擦面之間存在著硬的顆粒，或者這個(gè)顆粒嵌入兩個(gè)摩擦面的一個(gè)面里，在發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)后，使兩個(gè)表面中某一個(gè)面的材料發(fā)生位移而造成的磨損稱為磨料磨損。在農(nóng)業(yè)、冶金、礦山、建筑、工程和運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中許多零件與泥沙、礦物、鐵屑、灰渣等直接摩擦，都會(huì)發(fā)生不同形式的磨料磨損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因磨料磨損而造成的損失，占整個(gè)工業(yè)范圍內(nèi)磨損損失的50%左右。

由于產(chǎn)生的條件有很大不同，磨料磨損一般可以分為如下三種類型：

(1)冶金機(jī)械的許多構(gòu)件直接與灰渣、鐵屑、礦石顆粒相接觸，這些顆粒的硬度一般都很高，并且具有銳利的棱角，當(dāng)以一定的壓力或沖擊力作用到金屬表面上時(shí)，便會(huì)從零表層鑿下金屬屑。這種磨損形式稱為鑿削磨料磨損。

(2)當(dāng)磨料以很大壓力作用于金屬表面時(shí)（如破碎機(jī)工作時(shí)，礦石作用于顎板），在接觸點(diǎn)引起很大壓應(yīng)力，這時(shí)，對韌性材料則引起變形和疲勞，對脆性材料則引起碎裂和剝落，從而引起表面的損傷，粗大顆粒的磨料進(jìn)入摩擦副中的情況也與此相類似。零件產(chǎn)生這種磨損情況的條件是作用在磨料破碎點(diǎn)上的壓應(yīng)力必須大于此磨料的抗壓強(qiáng)度。而許多磨料（如砂、石、鐵屑）的抗壓強(qiáng)度是較高的。因此把這種磨損稱為高應(yīng)力碾碎式磨料磨損。

(3)磨料以某種速度較自由地運(yùn)動(dòng)，并與摩擦表面相接觸。磨料的摩擦表面的法向作用力甚小，如氣（液）流攜帶磨料在工作表面作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，零件表面被擦傷，這種磨損稱為低應(yīng)力磨損。如燒結(jié)機(jī)用的抽風(fēng)機(jī)葉輪、礦山用泥漿泵葉輪等的磨損都屬于低應(yīng)力磨料磨損。

摩擦表面材料微觀體積受循環(huán)接觸應(yīng)力作用產(chǎn)生重復(fù)變形，導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋和分離出微片或顆粒的磨損稱為疲勞磨損。如滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體表面、齒輪輪齒節(jié)圓附近、鋼軌與輪箍接觸表面等，常常出現(xiàn)小麻點(diǎn)或痘斑狀凹坑，就是疲勞磨損所形成。

機(jī)件出現(xiàn)疲勞斑點(diǎn)之后，雖然設(shè)備可以運(yùn)行，但是機(jī)械的振動(dòng)和噪聲會(huì)急劇增加，精度大幅度下降，設(shè)備失去原有的工作性能。因此，所生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量下降，機(jī)件的壽命也要迅速縮短。

出現(xiàn)疲勞磨損的主要原因是在滾動(dòng)摩擦面上，兩摩擦面接觸的地方產(chǎn)生了接觸應(yīng)力，表層發(fā)生彈性變形。在表層內(nèi)部產(chǎn)生了較大的切應(yīng)力（這個(gè)薄弱區(qū)域最易產(chǎn)生裂紋）。由于接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，在達(dá)到一定次數(shù)后，其表層內(nèi)部的薄弱區(qū)開始產(chǎn)生裂紋，屆時(shí)，在表層外部也因接觸應(yīng)力的反復(fù)作用而產(chǎn)生塑性變形，材料表面硬化，最后產(chǎn)生裂紋?？偠灾窃诓牧系谋砻嬉粚赢a(chǎn)生了裂紋。因?yàn)樽畲笄袘?yīng)力與壓應(yīng)力的方向呈45°角，所以，裂紋也都是與表面呈45°角。在裂紋形成的兩個(gè)新表面之間，由于潤滑油的楔入，使裂紋內(nèi)壁產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，迫使裂紋加深并擴(kuò)展，這種裂紋的擴(kuò)展延伸，就造成了麻點(diǎn)剝落。由此可見，接觸應(yīng)力才是導(dǎo)致疲勞磨損的主要原因。降低接觸應(yīng)力，就能增加抵抗疲勞磨損的強(qiáng)度。當(dāng)然改變材質(zhì)也可以提高疲勞強(qiáng)度。此外，潤滑劑對降低接觸應(yīng)力有重要作用，高黏度的油不易從摩擦面擠掉，有助于接觸區(qū)域壓力的均勻分布，從而降低了最高接觸應(yīng)力值。當(dāng)摩擦面有充分的油量時(shí)，油膜可以吸收一部分沖擊能量，從而降低了沖擊載荷產(chǎn)生的接觸應(yīng)力值。

在摩擦過程中，金屬同時(shí)與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，使腐蝕和磨損共同作用而導(dǎo)致零件表面物質(zhì)的損失，這種現(xiàn)象稱為腐蝕磨損。

腐蝕磨損可分為氧化磨損和腐蝕介質(zhì)磨損。大多數(shù)金屬表面都有一層極薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨損速度，則在摩擦過程中極易被磨掉，然后又產(chǎn)生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧化膜不斷產(chǎn)生和磨掉的過程中，零件表面產(chǎn)生物質(zhì)損失，此即為氧化磨損，但氧化磨損速度一般較小。當(dāng)周圍介質(zhì)中存在著腐蝕物質(zhì)時(shí)，例如潤滑油中的酸度過高等，零件的腐蝕速度就會(huì)很快。和氧化磨損一樣，腐蝕產(chǎn)物在零件表面生成，又在磨損表面磨去，如此反復(fù)交替進(jìn)行而帶來比氧化磨損高得多的物質(zhì)損失，由此稱為腐蝕介質(zhì)磨損。這種化學(xué)一機(jī)械的復(fù)合形式的磨損過程，對一般耐磨材料同樣有著很大破壞作用。

兩個(gè)接觸表面由于受相對低振幅振蕩運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損叫做微動(dòng)磨損。它產(chǎn)生于相對靜止的接合零件上，因而往往易被忽視。微動(dòng)磨損的最大特點(diǎn)是在外界變動(dòng)載荷作用下，產(chǎn)生振幅很?。ㄐ∮?00μm，一般為2～20 μm）的相對運(yùn)動(dòng)，由此發(fā)生摩擦磨損。例如在鍵連接處、過盈配合處、螺栓連接處、鉚釘連接接頭處等結(jié)合上產(chǎn)生的磨損。微動(dòng)磨損使配合精度下降，使配合部件緊度下降甚至松動(dòng)，連接件松動(dòng)乃至分離，嚴(yán)重者引起事故。此外，也易引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致連接件疲勞斷裂。

(1)潤滑。在兩摩擦表面問充以潤滑油，可大大減小摩擦系數(shù)，從而促使摩擦阻力減小，使機(jī)械磨損減低。故機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)有無潤滑油以及正確選擇潤滑材料，合理制定潤滑制度以及加強(qiáng)潤滑管理都是很重要的，它對機(jī)器的使用壽命影響很大。

(2)表面加工質(zhì)量。機(jī)件經(jīng)過加工后，其摩擦表面不可能得到理想的幾何形狀，總要留下切削工具的刀痕或砂輪磨削的痕跡而構(gòu)成凹凸?fàn)畹牟黄蕉取Ｒ话闱闆r下，表面加工粗糙的，開始磨損較快。當(dāng)磨到一定時(shí)間，不平度大致消除后，磨損便減慢下來，故表面加工精度的要求應(yīng)根據(jù)零件工作的特點(diǎn)來選擇，不要盲目追求過高的加工質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)指出，過于光滑的表面不一定具有好的耐磨性能，因?yàn)檫@時(shí)潤滑油不能形成均勻的油膜，兩接觸面容易發(fā)生黏結(jié)，反而使耐磨性變壞。

(3)材料。材料的耐磨性主要取決于它的硬度和韌性。材料的硬度決定于金屬對其表面變形的抵抗能力?！^高的硬度易使脆性增加，使材料表面產(chǎn)生磨粒的剝落。而材料的韌性可防止磨粒的產(chǎn)生，提高其耐磨性能。另外，增加材料的化學(xué)穩(wěn)定性還可以減少腐蝕磨損。增加材料本身的孔隙度可以蓄積潤滑劑，從而減少機(jī)械磨損，提高零件的耐磨性。

不同材料有不同的機(jī)械性能，相同的材料采取不同的熱處理方式可使其機(jī)械性能得到改善。因此合理的選用材料和熱處理方式對減少機(jī)械磨損是很有意義的。

(4)安裝檢修的質(zhì)量。安裝零件的正確性對機(jī)器壽命有很大的影響，如不正確地?cái)Q緊軸承蓋與軸承座的連接螺釘、兩結(jié)合面不對中、配合表面不平以及軸承間隙調(diào)整得不合適等，都能引起單位載荷在表面上不正確的分布或者產(chǎn)生附加載荷，因而使其磨損加快。

前 言

第 1章 機(jī)械設(shè)備故障診斷與維修的基

本知識 1

11 機(jī)械設(shè)備安裝概述 1

111 組織準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備 1

112 供應(yīng)準(zhǔn)備 2

113 機(jī)械設(shè)備的開箱檢查與清洗 2

114 預(yù)裝配和預(yù)調(diào)整 2

115 機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工 3

116 機(jī)械安裝 4

12 機(jī)械磨損 5

121 機(jī)械磨損的一般規(guī)律 5

122 機(jī)械磨損的種類 6

13 機(jī)械設(shè)備故障及診斷技術(shù) 7

131 機(jī)械設(shè)備故障的概念 7

132 機(jī)械設(shè)備的故障模式及其分類 8

133 機(jī)械設(shè)備故障的一般規(guī)律 8

134 機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生的原因 8

135 機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù) 12

14 機(jī)械設(shè)備維護(hù)與修理制度 27

141 概述 27

142 維修計(jì)劃的編制 29

143 設(shè)備維修計(jì)劃的實(shí)施 32

144 設(shè)備維修計(jì)劃的考核 35

15 設(shè)備事故管理 36

151 事故處理 36

152 事故統(tǒng)計(jì) 37

153 事故上報(bào) 37

復(fù)習(xí)思考題 37

第 2章 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

技術(shù) 38

21 概述 38

211 機(jī)械故障及其分類 38

212 機(jī)械故障診斷的基本方法及分類 40

22 振動(dòng)監(jiān)測與診斷技術(shù) 40

221 機(jī)械振動(dòng)的基礎(chǔ)知識 41

222 機(jī)械振動(dòng)的信號分析 42

223 振動(dòng)監(jiān)測及故障診斷的常用儀器

設(shè)備 46

224 實(shí)施現(xiàn)場振動(dòng)診斷的步驟 49

225 軸承故障的振動(dòng)診斷 54

226 齒輪故障的振動(dòng)診斷 57

227 旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障的振動(dòng)診斷 58

23 噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù) 60

231 噪聲測量 60

232 噪聲源與故障源的識別 62

24 溫度檢測技術(shù) 63

241 溫度測量基礎(chǔ) 63

242 接觸式溫度測量 64

243 非接觸式溫度測量 66

復(fù)習(xí)思考題 70

第 3章 機(jī)械的拆卸與裝配 71

31 概述 71

311 機(jī)械裝配的概念 71

312 機(jī)械裝配的共性知識 71

313 機(jī)械裝配的工藝過程 72

314 機(jī)械裝配工藝的技術(shù)要求 73

32 機(jī)械零件的拆卸 73

321 機(jī)械零件拆卸的一般規(guī)則和要求 73

322 常用的拆卸方法 74

323 典型連接件的拆卸 76

324 拆卸方法示例 77

33 零件的清洗 79

331 拆卸前的清洗 79

332 拆卸后的清洗 79

34 零件的檢驗(yàn) 83

341 檢驗(yàn)的原則 83

342 檢驗(yàn)的分類和內(nèi)容 83

343 檢驗(yàn)的方法 84

344 主要零件的檢驗(yàn) 84

Ⅴ

35 過盈配合的裝配 86

351 常溫下的壓裝配合 86

352 熱裝與冷裝配合 87

36 聯(lián)軸器的裝配 88

361 聯(lián)軸器裝配的技術(shù)要求 88

362 聯(lián)軸器裝配誤差的測量和求解調(diào)

整量 90

37 滾動(dòng)軸承的裝配 91

371 滾動(dòng)軸承裝配前的準(zhǔn)備工作 91

372 典型滾動(dòng)軸承的裝配方法 92

373 滾動(dòng)軸承的游隙調(diào)整 94

38 滑動(dòng)軸承的裝配 96

381 剖分式滑動(dòng)軸承的裝配 96

382 整體式滑動(dòng)軸承的裝配 99

39 齒輪的裝配 100

391 齒輪傳動(dòng)的精度等級與公差 100

392 齒輪傳動(dòng)的裝配 101

310 密封裝置的裝配 103

3101 固定連接的密封 104

3102 活動(dòng)連接的密封 105

復(fù)習(xí)思考題 108

第 4章 機(jī)械零件修復(fù)技術(shù) 110

41 概述 110

411 機(jī)械零件修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn) 110

412 機(jī)械零件修復(fù)工藝的類型 110

42 金屬扣合技術(shù) 111

421 金屬扣合技術(shù)的特點(diǎn) 111

422 金屬扣合技術(shù)的分類 111

43 工件表面強(qiáng)化技術(shù) 114

431 表面形變強(qiáng)化 114

432 表面熱處理強(qiáng)化和表面化學(xué)熱處

理強(qiáng)化 114

433 三束表面改性技術(shù) 115

44 塑性變形修復(fù)技術(shù) 117

441 鐓粗法 117

442 擠壓法 118

443 擴(kuò)張法 118

444 校正法 118

45 電鍍修復(fù)技術(shù) 119

451 概述 119

452 電刷鍍 121

46 熱噴涂修復(fù)技術(shù) 127

461 熱噴涂技術(shù)的分類及特點(diǎn) 127

462 熱噴涂材料 128

463 熱噴涂技術(shù)的主要方法及設(shè)備 129

464 熱噴涂工藝 130

465 熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用 132

47 焊接修復(fù)技術(shù) 133

471 補(bǔ)焊 133

472 堆焊 137

473 噴焊 138

474 釬焊 139

48 粘接修復(fù)技術(shù) 140

481 粘接的特點(diǎn) 140

482 粘接機(jī)理 140

483 粘結(jié)劑的組成和分類 141

484 粘結(jié)劑的選用 142

485 粘接工藝 143

486 粘接的應(yīng)用 146

49 零件修復(fù)技術(shù)的選擇 146

491 修復(fù)技術(shù)的選擇原則 146

492 零件修復(fù)工藝規(guī)程的制訂 148

493 典型零件修復(fù)技術(shù)的選擇 149

復(fù)習(xí)思考題 150

第 5章 機(jī)床的故障診斷與維修 151

51 概述 151

52 普通機(jī)床的故障診斷與檢修 151

521 車床 151

522 銑床 159

53 數(shù)控機(jī)床的故障診斷與檢修 164

531 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的基礎(chǔ)

知識 164

532 數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷與維修 169

533 數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的故障診斷

與維護(hù)保養(yǎng) 173

534 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障診斷

與維修 177

535 數(shù)控機(jī)床刀庫與自動(dòng)換刀裝置故

障診斷與維修 178

536 數(shù)控機(jī)床液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)故障診

斷與維修 180

537 數(shù)控機(jī)床的起、停運(yùn)動(dòng)故障診斷 183

538 數(shù)控系統(tǒng)的日常維護(hù)及故障診斷

與維修 185

54 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修實(shí)例 192

541 數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障的診斷與維修

實(shí)例 192

542 數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷與維修實(shí)例 195

Ⅵ

543 數(shù)控伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修

實(shí)例 197

544 數(shù)控機(jī)床電氣故障的診斷與維修

實(shí)例 200

復(fù)習(xí)思考題 201

第 6章 自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝與維修 202

61 概述 202

611 自動(dòng)化生產(chǎn)線的基本概念 202

612 自動(dòng)化生產(chǎn)線的條件 202

613 自動(dòng)化生產(chǎn)線的特點(diǎn) 202

614 自動(dòng)化生產(chǎn)線的類型 202

615 自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢 203

62 自動(dòng)化生產(chǎn)線的組成 204

621 控制系統(tǒng) 204

622 輸送系統(tǒng) 210

63 自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試 211

631 YL335A型自動(dòng)化生產(chǎn)線概述 211

632 供料單元的結(jié)構(gòu)與控制 212

633 加工單元的結(jié)構(gòu)與控制 217

634 裝配單元的結(jié)構(gòu)與控制 221

635 分揀單元的結(jié)構(gòu)與控制 225

636 輸送單元的結(jié)構(gòu)與控制 228

637 公共模塊和器件 234

64 生產(chǎn)線的檢查、維修與保養(yǎng) 236

641 生產(chǎn)線的檢查 236

642 生產(chǎn)線的維修 236

643 氣動(dòng)系統(tǒng)常見故障及其

解決方法 237

644 生產(chǎn)線的保養(yǎng) 237

復(fù)習(xí)思考題 239

第 7章 常用電氣設(shè)備的故障診斷與

維修 240

71 電氣設(shè)備故障診斷概述 240

711 電氣設(shè)備故障診斷的內(nèi)容和

過程 240

712 電氣設(shè)備故障檢測診斷的方法 240

713 用人體感官診斷電氣設(shè)備的異常

或故障 241

72 變電所電氣事故的處理 242

721 電氣事故處理的原則 242

722 電氣事故處理的一般規(guī)定 242

723 電氣事故處理的程序 243

73 電氣設(shè)備的檢修 243

731 電氣設(shè)備檢修的意義 243

732 電氣設(shè)備檢修的分類和目的 244

733 電氣設(shè)備檢修制度的發(fā)展歷程 244

734 電氣設(shè)備絕緣劣化或損壞的原因 245

735 電氣設(shè)備檢修的一般安全規(guī)定 245

736 電氣線路與設(shè)備檢修作業(yè)前的

安全措施 246

74 變電所常用電氣設(shè)備的故障診斷與

維修 247

741 變壓器的故障診斷與維修 247

742 三相異步電動(dòng)機(jī)的故障診斷與

維修 253

743 開關(guān)設(shè)備的故障診斷與維修 259

744 低壓控制設(shè)備的故障診斷與維修 267

75 可編程序控制器 （PLC）故障診斷與

維修 275

751 PLC常見故障的分類 275

752 PLC常見故障及其解決方法 276

753 PLC系統(tǒng)故障查找一般流程 277

754 PLC常見干擾及防干擾措施 279

755 PLC日常檢修與維護(hù) 280

復(fù)習(xí)思考題 281

參考文獻(xiàn) 282