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2011-2012第一学期主讲教师：陈丙三机制教研室第一章机械设备维修与管理的基础知识Logo机械设备维修主要内容：第一节机械设备的老化1第二节机械设备的故障2第三节机械设备维修方式及发展趋势3第四节维修的经济技术分析4Logo机械设备维修1、有形老化2、无形老化3、综合老化（一）有形老化：

设备实体发生摩擦、磨损等现象。主要表现在：1、零件的原始尺寸，甚至形状发生改变2、零部件之间的公差配合性质发生变化，精度降低3、零件被破坏举例：机床的使用导致零件的磨损、加工精度的降低。【一、老化的分类】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修可以利用下面的经济指标估价机械设备的有形老化

：αp＝R/K1式中αp一设备的有形老化程度(用占其再生产价值的百分比表达）R一修复全部老化零件所用的修理费用；K1一在确定设备老化程度时该种设备再生产的价值。设备有形老化程度指标不能超过αp＝1的极限。【一、老化的分类】

第一节机械设备的老化Logo机械设备维修（二）无形老化（经济老化）由于非使用和非自然力作用引起的设备的价值损失。两种方式1、技术进步生产同种产品的效率，成本降低，导致原设备的贬值2、由于新设备的出现导致原来设备价值的相对降低。在技术进步影响下的无形

老化程度，用设备价值降低系数来表示，即α1＝(K0-K1)/K0=1-K1/K0式中α1——设备无形老化程度；K0——设备的原始价值；K1——考虑到第I、II种无形老化内设备的再生价值。第ⅰ种无形老化第ⅱ种无形老化举例：手机的价值改变【一、老化的分类】第一节机械设备的老化Logo机械设备

维修计算α1时，必须反映技术进步的两个方面对现有设备贬值的影响：一是相同设备再生产价值的降低；二是具有较好功能和更高效率的新设备的出现。K1=Kn(q0/qn)α(cn/c0)ß式中Kn——新设备的价值；q0、qn——使用相应的旧设备

、新设备时的年生产率；c0、cn——使用相应的旧设备、新设备时的单位产品耗费α、ß——劳动生产率提高指数和成本降低指数。指数取值范围：0<α<1,0<ß<1【一、老化的分类】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修两种老化共同造成的设备的贬值。残余价值是指机器设备、房屋建筑物或其他有形资产等

在不能继续使用前提下，拆除变现的价值估计数额。用K表示设备有形老化的残余价值(用原始价值的比率表示)为1-αp；设备无形老化的残余价值(用原始价值的比率表示)为1-α1；两种老化同时发生后的设备残余价值为(1-αp)(1

-α1）计算设备综合老化程度的公式:α=1-(1-αp)(1-α1）式中α——设备综合老化程度(用原始价值的比率表示)（三）综合老化【一、老化的分类】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修任何时刻设备在两种老化作用下的残余价值K，可用下式表示：K=（1-α）

K0K=(1-α）K0=[1-1+(1-αp)(1-α1)]K0=（1-R/K1)[1-(K0–K1)/K0]K0=K1–R可见：K值等于设备再生产的价值减去修理费用【一、老化的分类】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修例一：某

设备的原始价值K0＝30000元，当前需要修理，其修理费用R=10000元，若该种设备再生产时价值K1＝22000元，求综合老化程度及两种老化后的残余价值。αp=10000/22000=0.455α1=(30000-22000)/30000=0.267α

=1-(1-αp)(1-α1）=1-(1-0.455)(1-0.267)=0.601K=22000-10000=12000【一、老化的分类】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修1．零件寿命的不平衡性和分散性零件寿命有两个特点，即异名零件寿命的不平衡性和同名零件寿命的分散性。2．机械设备寿命的

地区性和递减性机械设备的寿命受自然条件影响很大3．机械设备性能和效率的递减性对于各种机械设备的老化规律，应积极研究，制定出老化的极限，作为维修的依据。【二、老化的共同规律】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修❖影响：有形老化严重

的设备在修理之前常常不能正常工作：无形老化严重的设备却不影响它的继续使用⚫补偿决策依据：假如有形老化期与无形老化期接近：更换新设备。假如有形老化期早于无形老化期：大修理或更换相似设备：假如无形老化期早于有形老化期：更新或继续使用，需经济上全面考虑⚫补偿方式：局部补偿和完全补偿局部补偿：有

形老化—修理；无形老化—现代化的改装完全补偿：更换【三、设备老化的补偿】第一节机械设备的老化Logo机械设备维修（一）、故障的概念故障：是指整机或零部件在规定的时间和使用条件下不能完成规定的功能，或各项技术

经济指标偏离了它的正常状况，但在某种情况下尚能维持一段时间工作，若不能得到妥善处理将导致事故。【一、故障的概念及其分类】第二节机械设备的故障第二节机械设备的故障Logo机械设备维修机械故障——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。例如：某些零部件损坏、磨损超限、焊缝开裂、螺栓松动，使工作能力丧失；发动机的功率降低；传动系统失去平衡和噪声增大；工作机构的工作能力下降；燃料和润滑油的消耗

增加等，当其超出了规定的指标时，即发生了故障。故障的广义定义：故障是不合格的状态。【一、故障的概念及其分类】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修（二）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.按故障发生性质分类：❖间断性故障----只是短期内丧失某些功能，相加修理调试就能恢复；❖永久性故障----某些零部件己损坏，需要更换或修理才能恢复。【一、故障的概念及其分类】第二节机械设备

的故障Logo机械设备维修3.按故障发生的快慢分类：❖突发性故障----不能靠早期试验或测试来预测的故障；❖渐进性故障----能够通过早期试验或测试来预测的故障。4.按故障程度分类：❖破坏性故障----既是突发性又是完全性的故障；❖渐衰失效性故障----既是部分性又是渐进

性故障。【一、故障的概念及其分类】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修5.按故障原因分类：磨损性故障----在设计设备时就预料到的正常磨损所造成的故障；错用性故障----由于使用的应力超过设计规定值所造成的故障。固有的薄

弱性故障----使用时的应力虽未超过规定值，但此值已不适用而导致的故障。6.按故障发生、发展现律分类：随机故障----故障发生的时间是随机的；有规则故障----故障的发生比较有规则。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。【一、故障的概念及其分类】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修第二节机械设备的故障表2-1700台工业汽轮机故障分布率产品原因运行原因外界原因故障原因设计安装材料工艺制造调试使用

维护异物其它故障率%20.416.59.17.512.53.810.78.46.34.8表2-2船舶柴油机动力装置及主要零件故障统计表装置及零件轴承汽缸活塞燃烧室燃油系统涡轮机齿轮锅炉辅助装置凸轮机构故障数目28320613

0665641392824百分比%25.318.411.65.95.03.73.52.52.2装置及零件热交换器润滑系统机座泵压缩机冷却系统推进器曲轨增压器故障数目2118331815121099百分比%1.91.63.01.61.31.00.90.80.8装置及零

件标准件连杆排气系统仪表锚机系统密封件液压系统其它故障数目866555362百分比%0.70.540.540.450.450.450.275.6Logo机械设备维修§1定义和分类1.定义：故障模式是指产品故障的表现现象。2.分类：有多种分类方法。其中一种

是由故障表现形式、诱发故障的因素以及部位等进行分类。即每一种故障都是由一个或多个故障表现形式与诱发故障的因素以及一个部位组合而成。3.故障表现形式：弹性变形、塑性变形、断裂、材料变化（金相变化、化学变化、核变化）4.诱发故障的因素：力

----稳定力、不稳定力、周期力、随机力。时间----很短、短、长。温度----低温、室温、升温、稳定温度、不稳定温度、周期变化温度、随机变化温度。作用环境----化学环境、核变环境。5.故障部位：整体、表面。（三）故障模式第二节机械设备的故障L

ogo机械设备维修为精确阐明一个特定的故障模式，必须从以上三个类别中选择适当的类别。例：某故障表现形式为塑性变形，诱发因素为稳定力、室温，故障部位为整体型，其故障模式称为屈服，即在室温下由于稳定力作用而形成整体塑性变形。第二节机械设备的故障Log

o机械设备维修❖由作用力或温度诱发的弹性变形❖屈服、韧性断裂、脆性断裂、凹痕疲劳❖疲劳----高频、低频、热、表面、冲击、腐蚀、微动等疲劳。❖腐蚀----直接化学腐蚀、电化学腐蚀、裂隙腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、侵蚀、穴蚀、氢损伤、

生物腐蚀、应力腐蚀。❖磨损----粘着、磨料、腐蚀、表面疲劳、形变、冲击、微动磨损等。❖冲击----冲击断裂、变形、磨损、微动、疲劳等。❖微动----微动疲劳、微动磨损、微动腐蚀等。❖蠕变、热松弛、应力破坏、热冲击、咬死、剥落、放

射性破坏、翘曲、蠕变翘曲、蠕变--疲劳等。下表为部分机电产品（传动器、轴承、电缆、离合器、连接器、偶合器、齿轮、电机、电位器、继电器、螺线管、转换器等）故障模式所占百分比。故障模式腐蚀变形侵蚀摩擦绝缘击穿裂纹磨损其它%10.887.850

.263.017.460.0432.320.66【二、故障的概念及其分类】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修(一)可靠性的概念产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。规定条件——包括工作环境温度，负

载情况，维护方式等多方面的条件（二）可靠性的度量可靠性的度量指标有很多，常见的见表2-3【三、设备的可靠性】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修表2-3常用的可靠性指标（续）第二节机械设备的故障Logo

机械设备维修1、可靠度R(t)可靠度定义：产品在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。R(t)最大值为1，最小值为02、不可靠度（或失效概率或累计故障概率）F(t)=1-R(t)设有N0个相同零件，

当达到工作时间t时，有Nt个零件失效．而仍能正常工作的零件为N个，则零件的可靠度为R(t)=N/N0=(N0-Nt)/N0不可靠度（或失效概率）F(t)F(t)=Nt/N0=1-R(t)第二节机械设备的故障Logo机械设备维修例二：现有10000个相同的零件，

工作达200h有9500个零件末失效；工作达500h有9000个零件未失效，求零件在200h和500h的可靠度和失效概率。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修零件可靠度可进行分级，并运用于不同的场合。第

二节机械设备的故障Logo机械设备维修系统是一个能够完成规定功能的综合体。它由若干独立的单元组成，每个独立单元不仅要完成各自的规定功能，而且还要在系统中与其它单元发生联系。根据单元在系统中的联接方式不同，可分为三类：❖串联系统❖并联系统❖混联系统三、系统的可靠性第二节机械设备的故障Logo

机械设备维修大多数机械的传动系统均是串联系统。当串联系统由n个单元组成，它们的可靠度分别为RI、R2、…Rn时，根据概率乘法定理，系统的可靠度为Rs若各单元的R都相等，则Rs=Rn由于Ri＜1，所以单元数目愈多，系统的Rs就愈低。可见，在满足规定功能的前提下

，系统愈简单，可靠性愈高。串联系统可靠度计算第二节机械设备的故障Logo机械设备维修例三：计算单级圆柱齿轮减速器的可靠度，见图2—1所示。已知使用寿命5000h内各零件的可靠度分别为：轴1、7的R1、7＝0.9

95，二对滚动轴承4、6的R4、6＝0.94；齿轮3、8的R3、8＝0.99；键2、5的R2、5＝0.9999第二节机械设备的故障Logo机械设备维修解：系统的可靠度：=0.995×0.995×0.94×0.94×0.94X0.94×0.99x0.99x0.9999x0.9999＝0

.757即齿轮减速器的可靠度不低于75.7％串联系统的可靠度低于任何一个单元的可靠度。若要提高一个单元的可靠度去改善串联系统的可靠度，就应当提高系统中可靠度最低的那个单元。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修若各单元的R都相等，则Rs=1-(1-R)

n可见，单元数目愈多，系统的Rs就愈高，但体积、质量、成本也在增加。在机械系统中，一般n=2或n=3。可靠度：并联系统可靠度计算第二节机械设备的故障Logo机械设备维修例四：由5个可靠度均为0.9的单元组成并联系统，求其系统可靠度。解：各单元的R都相等，则Rs=1-(

1-R)n=1-(1-0.9)5=0.99999第二节机械设备的故障Logo机械设备维修方法：•串并联系统的可靠度计算是先将并联单元系统转化为一个等效的串联系统，然后再按串联系统计算。•并串联系统的可取度则先分别计算串联系统的可靠度，然后再按并联系统计算。串并联系统并串联系统混联系统可

靠度计算第二节机械设备的故障Logo机械设备维修例五：如图所示为2K-H行星齿轮减速器，设R1=0.995,R2=0.999,R3=0.990,计算该系统的可靠度。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修解：该图可简化为串并联系统，如图所示。三个行星轮2组成一并联系统，若不计轴、轴承、键的可靠度，

则并联系统的可靠度R222=1-(1-R2)3，把它转化为一个等效的串联系统。按串联系统公式计算，即系统的可靠度为:Rs=R1R222R3=R1[1-(1-R2)3]R3第二节机械设备的故障Logo机械设备维修有一个串并联系统由8个零件构成，其中第一个零件独立完成功能其故障率

在1%；2～5零件完成重复一种功能，每一零件可靠性均达0.9。6～8零件独立完成功能，故障率分别为0.1%、1%、0.5%，试列出系统方格图并计算系统可靠性。作业第二节机械设备的故障Logo机械设备维修3、故障密度f(t)反应可靠

度随时间的变化情况f(t)=dF(t)/dt=-dR(t)/dt=dn(t)/(N*dt)经验故障密度：f*(t)=△n(t)/(N*△t)式中：△n(t)—△t时间间隔发生故障的数量第二节机械设备的故障Logo机械设备维修4、平均故障率产品在某一段时间内单位时间发生故障的概

率式中：△n(t)—在△t时间内发生故障的数量N存—在△t时间内产品的平均残存数，它等于这段时间开始时的残存数加上结尾时的残存数被2除。tNtnx=存)()()(x第二节机械设备的故障Logo机械设备维修有800个元件在400h的使用时间内有32个

出故障，求平均故障率。N存=[800+(800-32)]/2=784141002.140078432)400(−−==h瞬时故障率：)()()(tRtfx=例题：第二节机械设备的故障Logo机械设备维修5、平均故障间隔

期(MTBF)和平均寿命时间(MTTF)❖对不可修复产品，从开始使用到失效前的平均工作时间，叫作平均寿命时间MTTF(MeamTimetoFailure)。❖对可修复产品，在相邻两次故障间的平均时间，称为平均故障间隔期MTBF(MeanTimeBetween

Failure)。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修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）时间磨合期正常使用期耗损期图2-1浴盆曲线故障率%【四

、故障规律】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修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。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修A时间故障率B时间故障率C时间故障率浴盆曲线磨合期不明显耗损期不明显D时间故障率E时间故障率F时间故障率随机期约为常数随机期约为常数随机期约为常数A、B----汽缸、连杆机构、齿轮、轴承等

零部件；C----航空涡轮发动机；D、E、F----电子产品。4.其它故障规律特点第二节机械设备的故障Logo机械设备维修设备在设计时本着两个原则1、三化标准化、系列化、通用化标准化是指将产品(特别是零部件)的质量,规格,性能,结构等方面的

技术指标加以统一规定并作为标准来执行。我国的标准已经形成一个庞大的体系,主要有国家标准,行业标准等。为了与国际接轨,我国的某些标准正在迅速向国际标准靠拢。常见的标准代号有GB,JB,ISO等等,他们分别代表中华人民共和国

国家标准,机械工业标准,国际标准化组织标准。系列化是指对同一产品,在同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸系列。通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同一结构和尺寸的零部件。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修2、四好好造、好用

、好卖、好修维修性好的产品，能在最短的时间、以最低限度的资源（人力与技术水平、备件、维修设备和工具等）和最省的费用，经过维修使产品恢复到良好状态。可维修性既是产品可靠性的必要补充，又是产品维修保障决策的重要依据。维修工作的核心是保证产品的可靠性。产品结构的简单性、可互

换性（系列化、通用化、标准化）、安全性、识别标记（防差错）等，对可维修性的重要设计准则，又是判断产品可维修性好坏的重要标准。第二节机械设备的故障Logo机械设备维修维修性是系统在规定的条件下进行维修时，在规定的时间内完成维修的可能性，也是产品进行

维修的难易程度。维修性往往在设计制造之初就已经被赋予了，它是一种设计特性。举例：焊接【五、维修性及其度量】第二节机械设备的故障Logo机械设备维修第二节机械设备的故障Logo机械设备维修设备维护维修的四种方式设备维护维修的四种方式坏了才修（坐以待毙）时机：机器故障或损坏，设备停止工作时特点：巨

大停机损失，严重设备损坏，极高修理费用预防维修（循规蹈矩）时机：依据设备生产厂家推荐周期或管理经验而定（视时维修）特点：有效防止突然失效，减少非计划停机，设备损坏减少。难免发生过剩维修，维修费用仍有1/3是浪费的。第三节机械设备维修方式

及发展趋势Logo机械设备维修预测维修（防微杜渐）：时机：设备工况异常时（视情维修）特点：使维修工作有计划地进行，有效避免突然停机，可使维修工作在尽可能小的范围内进行；经常是针对问题的征兆采取行动，仍有局限性主动维护（未雨绸缪）：时机：尽可能避免维修特点：有效防止失效的发生

，显著延长设备、元件的使用寿命，具有最佳的节约效果第三节机械设备维修方式及发展趋势Logo机械设备维修①事后维修制度--早期维修制度。特点：不坏不修，应用于小型设备。②预防维修制度--又称以时间为基础

的维修制度或计划维修制度。特点：静态维修制度。当设备到了计划规定的台小时，或吨公里进行强制维修，大多数公交企业仍采用。③预知维修制度--又称为以状态为基础的维修制度。特点：以状态监测为基础，根据设备运行状态的实际优劣程度决定维修时间和维修规模，是动态维修制度，是发展方

向。总结设备维修制度的改革路径为第三节机械设备维修方式及发展趋势Logo机械设备维修一、设备寿命周期费用的经济性寿命周期费用LCC(LifeCycleCost)是设备从规划设计到报废的整个寿命周期内所消耗费用的总和。随着科学技术的不断发展，高精度、高效能、高

自动化的设备逐渐增多，设备的投资费用也越来越昂贵，与设备有关的费用在产品成本中所占的比重也不断增加。因此，加强设备管理，降低设备的寿命周期费用在提高企业经济效益中占有十分重要的地位。传统设备管理的主要目标是保持设备的正常生产能力，延长设备的寿命，其工作内容

绝大部分是设备的技术管理。现代设备管理强调获得较高的综合效率和降低设备的寿命周期费用，追求的目标是经济效益，必须把技术管理与经济管理结合起来，获得最佳经济效益。第四节维修的经济技术分析Logo机械设备维修设备的寿命周期费用指设备的全过程中消耗的总费

用，由原始费和使用费组成。原始费(设置费)是一次支出或集中在短期内支出的费用。自制的设备包括研究、设计和制造费用；外购设备包括价格、运输和安装调试等费用。使用费(运转维持费)是为了保证设备正常运行而定期支付的费用，包括能源费、

固定资产税、保险费、维修费和操作工人工资等。第四节维修的经济技术分析Logo机械设备维修二、设备的寿命指设备从投入生产开始，经过有形磨损和无形磨损，直至在技术上或经济上不宜继续使用，需要进行更新所经历的时间。设备寿命包括以下3方面。①自然寿命。亦称物理寿命，这是指设备以全新状态投入生产开

始，经过有形磨损，直到在技术性能上不能按原有用途继续使用为止的时间。它与设备维修保养的状态有关，并可通过恢复性修理延长设备的物理寿命。②技术寿命。设备以全新技术状态投入生产后，由于新技术的出现，使原来设备丧失其

使用价值所经历的时间。技术进步越快，技术寿命也越短。③经济寿命。设备以全新状态投入生产开始到使年平均总费用最低的使用年数。超过这个年限，设备在技术上虽可继续使用，但年平均总费用上升，在经济上不宜继续使用。第四节维修的经济技术分析本节结束，谢谢！