机械磨损磨料磨损

由于一个表面硬的凸起部分和另一表面接触，或者在两个摩擦面之间存在着硬的颗粒，或者这个颗粒嵌入两个摩擦面的一个面里，在发生相对运动后，使两个表面中某一个面的材料发生位移而造成的磨损称为磨料磨损。在农业、冶金、矿山、建筑、工程和运输等机械中许多零件与泥沙、矿物、铁屑、灰渣等直接摩擦，都会发生不同形式的磨料磨损。据统计，因磨料磨损而造成的损失，占整个工业范围内磨损损失的50%左右。

由于产生的条件有很大不同，磨料磨损一般可以分为如下三种类型：

(1)冶金机械的许多构件直接与灰渣、铁屑、矿石颗粒相接触，这些颗粒的硬度一般都很高，并且具有锐利的棱角，当以一定的压力或冲击力作用到金属表面上时，便会从零表层凿下金属屑。这种磨损形式称为凿削磨料磨损。

(2)当磨料以很大压力作用于金属表面时（如破碎机工作时，矿石作用于颚板），在接触点引起很大压应力，这时，对韧性材料则引起变形和疲劳，对脆性材料则引起碎裂和剥落，从而引起表面的损伤，粗大颗粒的磨料进入摩擦副中的情况也与此相类似。零件产生这种磨损情况的条件是作用在磨料破碎点上的压应力必须大于此磨料的抗压强度。而许多磨料（如砂、石、铁屑）的抗压强度是较高的。因此把这种磨损称为高应力碾碎式磨料磨损。

(3)磨料以某种速度较自由地运动，并与摩擦表面相接触。磨料的摩擦表面的法向作用力甚小，如气（液）流携带磨料在工作表面作相对运动时，零件表面被擦伤，这种磨损称为低应力磨损。如烧结机用的抽风机叶轮、矿山用泥浆泵叶轮等的磨损都属于低应力磨料磨损。

两摩擦表面接触时，由于表面不平，发生的是点接触，在相对滑动和一定载荷作用下，在接触点发生塑性变形或剪切，使其表面膜破裂，摩擦表面温度升高，严重时表面金属会软化或熔化，此时，接触点产生黏着，然后出现黏着一剪断一再黏着一再剪断的循环过程，这就形成黏着磨损。

根据黏着程度的不同，黏着磨损的类型也不同。若剪切发生在黏着结合面上，表面转移的材料极轻微，则称轻微磨损，如缸套一活塞环的正常磨损；当剪切发生在软金属浅层里面，转移到硬金属表面上，称为涂抹；如重载蜗轮副的蜗杆的磨损。若剪切发生在软金属接近表面的地方，硬表面可能被划伤，称为擦伤；如滑动轴承的轴瓦与轴摩擦的拉伤；当剪切发生在摩擦副一方或两方金属较深的地方，称为撕脱，如滑动轴承的轴瓦与轴的焊合层在较深部位剪断时就是撕脱；若摩擦副之间咬死，不能相对运动，则称为咬死，如滑动轴承在油膜严重破坏的条件下，过热、表面流动、刮伤和撕脱不断发生时，又存在尺寸较大的异物硬粒部分嵌入在合金层中，则此异物与轴摩擦生热。上述两种作用叠加在一起，使接触面黏附力急剧增加，造成轴与滑动轴承抱合在一起，不能转动，相互咬死。

据估计，世界上的能源消耗中约有1/3～1/2是由于摩擦和磨损造成的，一般机械设备中约有80%的零件因磨损而失效报废。摩擦是不可避免的自然现象，磨损是摩擦的必然结果，二者均发生于材料表面。磨损是一种微观和动态的过程，在这一过程中，零件不仅发生外形和尺寸的变化，而且会发生其他各种物理、化学和机械的变化。

通常将磨损分为黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损种和微动磨损五种形式。机械磨损是指机械设备在工作过程中，因机件间不断地摩擦或因介质的冲刷，其摩擦表面逐渐产生磨损，因此引起机件几何形状改变，强度降低，破坏了机械的正常工作条件，使机器丧失了原有的精度和功能，这称为机械磨损。

摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的磨损称为疲劳磨损。如滚动轴承的滚动体表面、齿轮轮齿节圆附近、钢轨与轮箍接触表面等，常常出现小麻点或痘斑状凹坑，就是疲劳磨损所形成。

机件出现疲劳斑点之后，虽然设备可以运行，但是机械的振动和噪声会急剧增加，精度大幅度下降，设备失去原有的工作性能。因此，所生产的产品的质量下降，机件的寿命也要迅速缩短。

出现疲劳磨损的主要原因是在滚动摩擦面上，两摩擦面接触的地方产生了接触应力，表层发生弹性变形。在表层内部产生了较大的切应力（这个薄弱区域最易产生裂纹）。由于接触应力的反复作用，在达到一定次数后，其表层内部的薄弱区开始产生裂纹，届时，在表层外部也因接触应力的反复作用而产生塑性变形，材料表面硬化，最后产生裂纹。总而言之，是在材料的表面一层产生了裂纹。因为最大切应力与压应力的方向呈45°角，所以，裂纹也都是与表面呈45°角。在裂纹形成的两个新表面之间，由于润滑油的楔入，使裂纹内壁产生巨大的内压力，迫使裂纹加深并扩展，这种裂纹的扩展延伸，就造成了麻点剥落。由此可见，接触应力才是导致疲劳磨损的主要原因。降低接触应力，就能增加抵抗疲劳磨损的强度。当然改变材质也可以提高疲劳强度。此外，润滑剂对降低接触应力有重要作用，高黏度的油不易从摩擦面挤掉，有助于接触区域压力的均匀分布，从而降低了最高接触应力值。当摩擦面有充分的油量时，油膜可以吸收一部分冲击能量，从而降低了冲击载荷产生的接触应力值。

在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，使腐蚀和磨损共同作用而导致零件表面物质的损失，这种现象称为腐蚀磨损。

腐蚀磨损可分为氧化磨损和腐蚀介质磨损。大多数金属表面都有一层极薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨损速度，则在摩擦过程中极易被磨掉，然后又产生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧化膜不断产生和磨掉的过程中，零件表面产生物质损失，此即为氧化磨损，但氧化磨损速度一般较小。当周围介质中存在着腐蚀物质时，例如润滑油中的酸度过高等，零件的腐蚀速度就会很快。和氧化磨损一样，腐蚀产物在零件表面生成，又在磨损表面磨去，如此反复交替进行而带来比氧化磨损高得多的物质损失，由此称为腐蚀介质磨损。这种化学一机械的复合形式的磨损过程，对一般耐磨材料同样有着很大破坏作用。

两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。它产生于相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视。微动磨损的最大特点是在外界变动载荷作用下，产生振幅很小（小于100μm，一般为2～20 μm）的相对运动，由此发生摩擦磨损。例如在键连接处、过盈配合处、螺栓连接处、铆钉连接接头处等结合上产生的磨损。微动磨损使配合精度下降，使配合部件紧度下降甚至松动，连接件松动乃至分离，严重者引起事故。此外，也易引起应力集中，导致连接件疲劳断裂。

(1)润滑。在两摩擦表面问充以润滑油，可大大减小摩擦系数，从而促使摩擦阻力减小，使机械磨损减低。故机器的运转有无润滑油以及正确选择润滑材料，合理制定润滑制度以及加强润滑管理都是很重要的，它对机器的使用寿命影响很大。

(2)表面加工质量。机件经过加工后，其摩擦表面不可能得到理想的几何形状，总要留下切削工具的刀痕或砂轮磨削的痕迹而构成凹凸状的不平度。一般情况下，表面加工粗糙的，开始磨损较快。当磨到一定时间，不平度大致消除后，磨损便减慢下来，故表面加工精度的要求应根据零件工作的特点来选择，不要盲目追求过高的加工质量。实验指出，过于光滑的表面不一定具有好的耐磨性能，因为这时润滑油不能形成均匀的油膜，两接触面容易发生黏结，反而使耐磨性变坏。

(3)材料。材料的耐磨性主要取决于它的硬度和韧性。材料的硬度决定于金属对其表面变形的抵抗能力。’但过高的硬度易使脆性增加，使材料表面产生磨粒的剥落。而材料的韧性可防止磨粒的产生，提高其耐磨性能。另外，增加材料的化学稳定性还可以减少腐蚀磨损。增加材料本身的孔隙度可以蓄积润滑剂，从而减少机械磨损，提高零件的耐磨性。

不同材料有不同的机械性能，相同的材料采取不同的热处理方式可使其机械性能得到改善。因此合理的选用材料和热处理方式对减少机械磨损是很有意义的。

(4)安装检修的质量。安装零件的正确性对机器寿命有很大的影响，如不正确地拧紧轴承盖与轴承座的连接螺钉、两结合面不对中、配合表面不平以及轴承间隙调整得不合适等，都能引起单位载荷在表面上不正确的分布或者产生附加载荷，因而使其磨损加快。

前 言

第 1章 机械设备故障诊断与维修的基

本知识 1

11 机械设备安装概述 1

111 组织准备和技术准备 1

112 供应准备 2

113 机械设备的开箱检查与清洗 2

114 预装配和预调整 2

115 机械设备基础的设计与施工 3

116 机械安装 4

12 机械磨损 5

121 机械磨损的一般规律 5

122 机械磨损的种类 6

13 机械设备故障及诊断技术 7

131 机械设备故障的概念 7

132 机械设备的故障模式及其分类 8

133 机械设备故障的一般规律 8

134 机械设备故障发生的原因 8

135 机械设备故障诊断技术 12

14 机械设备维护与修理制度 27

141 概述 27

142 维修计划的编制 29

143 设备维修计划的实施 32

144 设备维修计划的考核 35

15 设备事故管理 36

151 事故处理 36

152 事故统计 37

153 事故上报 37

复习思考题 37

第 2章 机械设备状态监测与故障诊断

技术 38

21 概述 38

211 机械故障及其分类 38

212 机械故障诊断的基本方法及分类 40

22 振动监测与诊断技术 40

221 机械振动的基础知识 41

222 机械振动的信号分析 42

223 振动监测及故障诊断的常用仪器

设备 46

224 实施现场振动诊断的步骤 49

225 轴承故障的振动诊断 54

226 齿轮故障的振动诊断 57

227 旋转机械常见故障的振动诊断 58

23 噪声监测与诊断技术 60

231 噪声测量 60

232 噪声源与故障源的识别 62

24 温度检测技术 63

241 温度测量基础 63

242 接触式温度测量 64

243 非接触式温度测量 66

复习思考题 70

第 3章 机械的拆卸与装配 71

31 概述 71

311 机械装配的概念 71

312 机械装配的共性知识 71

313 机械装配的工艺过程 72

314 机械装配工艺的技术要求 73

32 机械零件的拆卸 73

321 机械零件拆卸的一般规则和要求 73

322 常用的拆卸方法 74

323 典型连接件的拆卸 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 零件的检验 83

341 检验的原则 83

342 检验的分类和内容 83

343 检验的方法 84

344 主要零件的检验 84

Ⅴ

35 过盈配合的装配 86

351 常温下的压装配合 86

352 热装与冷装配合 87

36 联轴器的装配 88

361 联轴器装配的技术要求 88

362 联轴器装配误差的测量和求解调

整量 90

37 滚动轴承的装配 91

371 滚动轴承装配前的准备工作 91

372 典型滚动轴承的装配方法 92

373 滚动轴承的游隙调整 94

38 滑动轴承的装配 96

381 剖分式滑动轴承的装配 96

382 整体式滑动轴承的装配 99

39 齿轮的装配 100

391 齿轮传动的精度等级与公差 100

392 齿轮传动的装配 101

310 密封装置的装配 103

3101 固定连接的密封 104

3102 活动连接的密封 105

复习思考题 108

第 4章 机械零件修复技术 110

41 概述 110

411 机械零件修复技术的特点 110

412 机械零件修复工艺的类型 110

42 金属扣合技术 111

421 金属扣合技术的特点 111

422 金属扣合技术的分类 111

43 工件表面强化技术 114

431 表面形变强化 114

432 表面热处理强化和表面化学热处

理强化 114

433 三束表面改性技术 115

44 塑性变形修复技术 117

441 镦粗法 117

442 挤压法 118

443 扩张法 118

444 校正法 118

45 电镀修复技术 119

451 概述 119

452 电刷镀 121

46 热喷涂修复技术 127

461 热喷涂技术的分类及特点 127

462 热喷涂材料 128

463 热喷涂技术的主要方法及设备 129

464 热喷涂工艺 130

465 热喷涂技术的应用 132

47 焊接修复技术 133

471 补焊 133

472 堆焊 137

473 喷焊 138

474 钎焊 139

48 粘接修复技术 140

481 粘接的特点 140

482 粘接机理 140

483 粘结剂的组成和分类 141

484 粘结剂的选用 142

485 粘接工艺 143

486 粘接的应用 146

49 零件修复技术的选择 146

491 修复技术的选择原则 146

492 零件修复工艺规程的制订 148

493 典型零件修复技术的选择 149

复习思考题 150

第 5章 机床的故障诊断与维修 151

51 概述 151

52 普通机床的故障诊断与检修 151

521 车床 151

522 铣床 159

53 数控机床的故障诊断与检修 164

531 数控机床故障诊断与维修的基础

知识 164

532 数控机床机械故障诊断与维修 169

533 数控机床机械部件的故障诊断

与维护保养 173

534 数控机床电气系统故障诊断

与维修 177

535 数控机床刀库与自动换刀装置故

障诊断与维修 178

536 数控机床液压与气动系统故障诊

断与维修 180

537 数控机床的起、停运动故障诊断 183

538 数控系统的日常维护及故障诊断

与维修 185

54 数控机床故障诊断与维修实例 192

541 数控机床机械故障的诊断与维修

实例 192

542 数控系统的故障诊断与维修实例 195

Ⅵ

543 数控伺服系统的故障诊断与维修

实例 197

544 数控机床电气故障的诊断与维修

实例 200

复习思考题 201

第 6章 自动化生产线的安装与维修 202

61 概述 202

611 自动化生产线的基本概念 202

612 自动化生产线的条件 202

613 自动化生产线的特点 202

614 自动化生产线的类型 202

615 自动化生产线的发展趋势 203

62 自动化生产线的组成 204

621 控制系统 204

622 输送系统 210

63 自动化生产线的安装与调试 211

631 YL335A型自动化生产线概述 211

632 供料单元的结构与控制 212

633 加工单元的结构与控制 217

634 装配单元的结构与控制 221

635 分拣单元的结构与控制 225

636 输送单元的结构与控制 228

637 公共模块和器件 234

64 生产线的检查、维修与保养 236

641 生产线的检查 236

642 生产线的维修 236

643 气动系统常见故障及其

解决方法 237

644 生产线的保养 237

复习思考题 239

第 7章 常用电气设备的故障诊断与

维修 240

71 电气设备故障诊断概述 240

711 电气设备故障诊断的内容和

过程 240

712 电气设备故障检测诊断的方法 240

713 用人体感官诊断电气设备的异常

或故障 241

72 变电所电气事故的处理 242

721 电气事故处理的原则 242

722 电气事故处理的一般规定 242

723 电气事故处理的程序 243

73 电气设备的检修 243

731 电气设备检修的意义 243

732 电气设备检修的分类和目的 244

733 电气设备检修制度的发展历程 244

734 电气设备绝缘劣化或损坏的原因 245

735 电气设备检修的一般安全规定 245

736 电气线路与设备检修作业前的

安全措施 246

74 变电所常用电气设备的故障诊断与

维修 247

741 变压器的故障诊断与维修 247

742 三相异步电动机的故障诊断与

维修 253

743 开关设备的故障诊断与维修 259

744 低压控制设备的故障诊断与维修 267

75 可编程序控制器 （PLC）故障诊断与

维修 275

751 PLC常见故障的分类 275

752 PLC常见故障及其解决方法 276

753 PLC系统故障查找一般流程 277

754 PLC常见干扰及防干扰措施 279

755 PLC日常检修与维护 280

复习思考题 281

参考文献 282