TPM設(shè)備故障原因和模式
來源/作者： TPM咨詢服務(wù)中心 丨 發(fā)布時(shí)間：2017-08-02 丨 瀏覽次數(shù)：
?。?）設(shè)備故障原因機(jī)理
設(shè)備的零部件在運(yùn)行中受到物理、化學(xué)、力學(xué)和電學(xué)過程的作用發(fā)生變化，即是形成故障的原因。其中可分為故障的主體原因和故障的外在原因：
設(shè)備故障原因--設(shè)備的構(gòu)件在設(shè)計(jì)及制造中，強(qiáng)度、幾何尺寸、制造缺陷及存在內(nèi)應(yīng)力等潛在因素。
故障的外在原因--工作條件，如載荷、溫度、介質(zhì)、電壓、電流、負(fù)荷變化及頻率；工作環(huán)境，如粉塵、潮濕、氣候等；人為失誤，如安裝調(diào)整、損壞性維修、潤(rùn)滑不良以及操作失誤等。
當(dāng)設(shè)備運(yùn)行中，其缺陷在外在因素影響下，逐漸擴(kuò)展直至破壞，或者其負(fù)荷超過設(shè)備的承受能力而引起故障以至失效。故障的產(chǎn)生發(fā)展是個(gè)復(fù)雜的變化過程，可能一種主要原因造成的，也可能是多種原因疊加或者相互作用造成的。
?。?）宏觀原因
從宏觀上看，設(shè)備發(fā)生故障的原因有：
1）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤
應(yīng)力過大，應(yīng)力集中，材料、配合、潤(rùn)滑方式選用不當(dāng)，對(duì)使用條件、環(huán)境影響考慮不周。
設(shè)備故障原因
2）原材料缺陷
材料不符合技術(shù)條件，鑄鍛件有缺陷，熱處理缺陷等
3）制造缺陷
機(jī)加工、壓力加工和裝配缺陷，焊接缺陷、熱處理變形等。
4）運(yùn)轉(zhuǎn)中的問題
沒有預(yù)料到的使用條件影響，已知使用條件發(fā)生變化，過載、過熱、腐蝕、潤(rùn)滑不良、操作失誤、維護(hù)不當(dāng)、修理不當(dāng)?shù)取?/div>
?。?）微觀原因
從微觀上看，發(fā)生機(jī)械故障的原因在于設(shè)備中零件的強(qiáng)度因素與應(yīng)力因素和環(huán)境因素不相適應(yīng)。下面簡(jiǎn)單介紹各種機(jī)械故障模式。
1）彈性變形失效
當(dāng)工作載荷和溫度使零件配合所使用的數(shù)值時(shí)，就將導(dǎo)致彈性變形失效。例如用2Cr13不銹鋼做袖套，用青銅做軸瓦，這樣的材料匹配在常溫下可以很好工作，但在極低溫度下，由于兩者的線膨脹系數(shù)差別甚大，引起抱軸現(xiàn)象。這種彈性變形失效的判斷往往是困難的。主要是因?yàn)?，雖然應(yīng)力或溫度在工作狀態(tài)下會(huì)使零件彈性變形并導(dǎo)致失效，但是在解體或測(cè)量零件時(shí)，變形已經(jīng)恢復(fù)。導(dǎo)致彈性變形失效的原因，幾乎全部是設(shè)計(jì)者考慮不周，計(jì)算錯(cuò)誤或選材不當(dāng)所致。
2）屈服失效
由于塑性變形引起的失效叫作屈服失效。零件發(fā)生塑性變形是由于零件在某個(gè)部位所承受的實(shí)際應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度。如果在兩個(gè)互相接觸的曲面之間存在的接觸應(yīng)力，超過了材料的接觸強(qiáng)度，可使匹配的一方或雙方產(chǎn)生局部屈服形成局部的凹陷，嚴(yán)重者會(huì)影響其正常工作。這種情況稱為過載壓痕損傷，它是屈服失效的一種形式。例如滾珠軸承在開始運(yùn)轉(zhuǎn)前，如果靜載荷過大，滾珠將壓入滾道使其型面受到破壞，這樣的軸承在以后的工作中就會(huì)使振動(dòng)加劇而導(dǎo)致早期失效。過載壓痕損傷往往是作為其他失效模式如磨損、接觸疲勞等的前奏或誘因出現(xiàn)，較少作為單獨(dú)的失效模式出現(xiàn)。
3）塑性斷裂失效
塑性斷裂又稱韌性斷裂、延性斷裂。當(dāng)零件所受實(shí)際應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，將產(chǎn)生塑性變形。如果應(yīng)力進(jìn)一步增加，而該零件與其他零件的匹配關(guān)系又允許時(shí)，就可能發(fā)生破裂。這種失效模式稱為塑性斷裂失效。塑性斷裂的特點(diǎn)是在零件斷裂之前有一定程度的塑性變形，斷口四周有與零件表面呈45o角的剪切唇，斷口粗糙，色澤灰暗，呈纖維狀。
4）脆性斷裂失效
脆性斷裂包括靜載及沖擊下的脆性斷裂、氫脆斷裂、應(yīng)力腐蝕開裂等。靜載及沖擊下的脆性斷裂過程由開裂的裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段所組成，當(dāng)開裂后，裂紋即以極高速度擴(kuò)展，斷裂前無任何預(yù)兆，突然發(fā)生災(zāi)難性的破壞。脆性斷裂的微裂紋形成機(jī)理和微裂紋成核后裂紋的擴(kuò)展是個(gè)非常復(fù)雜的問題，目前仍不是完全清楚。
促使靜載及沖擊條件下發(fā)生脆性斷裂的外部因素有：
低溫：在金屬與合金中，除具有面心立方晶格的結(jié)構(gòu)外，都有隨溫度而出現(xiàn)的塑性脆性轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)高于脆性轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，斷裂呈塑性，而低于該溫度時(shí)，斷裂呈脆性；
高的變形速度：沖擊載荷比靜載荷更容易使金屬材料發(fā)生脆斷；
應(yīng)力狀態(tài)：三向拉應(yīng)力容易使有色金屬零件發(fā)生脆斷。
從材料本身來看，引起脆斷的因素有：
材料的熱處理狀態(tài)與脆斷的傾向性有密切關(guān)系，例如過熱、回火脆性、時(shí)效脆性等都可使金屬構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂；
晶粒度大的材料容易脆斷；
表面劃傷、缺口等缺陷使脆斷傾向性增加；
殘余拉應(yīng)力高的零件容易脆斷。
脆性斷裂的主要特征是：
零件斷成兩部分或碎成多塊；
斷裂后的碎片能很好的拼湊復(fù)原，斷口能很快吻合。在斷口附近，沒有宏觀的塑性變形跡象；
斷口與正應(yīng)力方向垂直，斷口的源區(qū)邊緣無剪切唇；
斷口呈細(xì)瓷狀，較亮。
5）疲勞斷裂失效
疲勞斷裂失效是指金屬材料在低于拉伸強(qiáng)度極限的交便應(yīng)力的反復(fù)作用下，緩慢發(fā)生和擴(kuò)張并導(dǎo)致突然破壞的斷裂現(xiàn)象。疲勞斷裂在所有金屬構(gòu)件端裂中占主要地位。
疲勞斷裂過程跟一般的靜力斷裂過程不同，它是損傷累積以至構(gòu)件突然斷裂的過程。在恒應(yīng)力或恒應(yīng)變下，疲勞將有三個(gè)過程所組成：
裂紋的形成；
裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸；
余下斷面的不穩(wěn)定斷裂。
對(duì)于金屬材料和機(jī)械零件來說，零件表面存在的各種冶金缺陷、加工缺陷、截面尺寸突變、表面硬化處理以及各種腐蝕缺陷，這些地方將產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，有利于疲勞裂紋的產(chǎn)生。金屬材料內(nèi)部的第二相質(zhì)點(diǎn)、非金屬夾雜務(wù)、晶界及亞晶界、孿晶、疏松、孔洞、氣泡等處，也常常是容易產(chǎn)生疲勞裂紋的區(qū)域。
6）腐蝕失效
金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)作用而遭到的破壞，成為金屬的腐蝕失效。金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類。化學(xué)腐蝕是金屬表面與介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用而引起的損傷。它的特點(diǎn)是作用中沒有電流產(chǎn)生。例如軋鋼是生成厚的氧化皮，金屬字有機(jī)液體（如酒精、石油等）中的腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的損傷。它跟化學(xué)腐蝕的不同之處在于進(jìn)行過程中有電流產(chǎn)生。例如金屬在潮濕氣體中的腐蝕，在電解液中的腐蝕等。
化學(xué)或電化學(xué)作用均產(chǎn)生不同于原來金屬的物質(zhì)，叫做腐蝕產(chǎn)物。根據(jù)有無腐蝕產(chǎn)物的存在，就可判斷是否發(fā)生腐蝕。
腐蝕失效常與疲勞、磨損等共同作用，形成各種復(fù)合的失效模式。
7）磨損失效
磨損是伴隨摩擦而產(chǎn)生的共同結(jié)果。它是相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，表層材料不斷發(fā)生磨損的過程或者產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象。磨損不僅是材料消耗，也使零件失效。磨損是零件失效的普通和主要形式，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備使用壽命降低和引發(fā)故障。尤其在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化，連續(xù)化的生產(chǎn)中，某一零件磨損失效，就會(huì)影響全線的生產(chǎn)，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
磨損是多因素相互影響的復(fù)雜過程。例如摩擦副的磨損程度同零件所用材料的性質(zhì)、表面加工方法和質(zhì)量，以及使用條件（載荷、溫度、及潤(rùn)滑狀態(tài)）等有關(guān)。磨損的結(jié)果使摩擦表面產(chǎn)生多種形式的破壞，因而磨損的形式也就相應(yīng)不同。一般從磨損的破壞機(jī)理來分類，分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損腐蝕磨損、微動(dòng)磨損五類。
磨損失效判斷，首先應(yīng)確定失效零件是否具有受到磨損繁榮工作條件，再根據(jù)零件表面的相貌可色澤、形狀和尺寸的變化等判斷零件表面損傷是否屬于磨損以及屬于那種磨損類型。
8）TPM管理咨詢公司對(duì)于蠕變失效提到
蠕變是金屬零件在應(yīng)力和溫度繁的長(zhǎng)期作用下，產(chǎn)生永久變形的失效現(xiàn)象。晶力沿晶界滑動(dòng)產(chǎn)生形變是蠕變讀主要機(jī)型理。
因蠕變過程使預(yù)緊零件的尺寸產(chǎn)生變化而導(dǎo)致失效的現(xiàn)象稱為熱松弛。例如壓力容器用于緊固法蘭盤上的螺栓，在溫度和應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，因蠕變而伸長(zhǎng)，致使預(yù)緊力下降，可能造成壓力容器的泄露。
蠕變的最主要特征是永久變形的速度很慢?？梢愿鶕?jù)零件的具體工況來分析。是否存在產(chǎn)生蠕變的條件（溫度、應(yīng)力和時(shí)間）。沒有適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻臅r(shí)間，不會(huì)發(fā)生蠕變和蠕變斷裂。
在蠕變斷口的最終斷裂區(qū)上，撕裂不如常溫伸斷口上的清晰。在掃描電鏡下觀察，蠕變斷口附近的晶力形狀往往不出現(xiàn)拉長(zhǎng)的情況，而在高倍下，有時(shí)能見到蠕變空洞。
除上述主要故障模式外，還有沖擊微振幅射損傷等模式，在此不一一敘述。
?。?）設(shè)備故障原因模式
每一種故障的主要表征成為故障模式，生產(chǎn)中常見的故障模式可以粗略分為異常震動(dòng)、磨損、異常聲響、腐蝕、滲漏、裂紋、疲勞、絕緣老化、油質(zhì)劣化、材質(zhì)劣化、松弛、異常溫度、堵塞和剝離等情形，根據(jù)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)情況。
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