機械故障的形成及其特性分析

故障是機械可靠性與維修研究的前提條件。在機械的設計與使用中，如何有效地預防、控制和排除各種故障，發揮機械的最大功效一直是人們研究的重要課題。本文根據機械系統的使用與維修特點，闡述了機械技術狀態的變化及其故障形成的一般過程，分析了機械故障的基本特性，指出了機械故障研究中應考慮的問題，對開展機械故障與可靠性的研究具有一定的指導意義。

1、機械使用與技術狀態的變化

機械在使用中受到各種能量的作用，這些能量的作用主要包括：（1）周圍介質能量的作用，包括執行任務的操作人員、修理人員和環境條件的作用；（2）與機械運轉以及各機構工作有關的內部能源，如各種載荷、振動、温度等；（3）在製造和裝配中集聚在機械材料和零部件內的潛伏能量（鑄件的內應力和裝配內應力）。這些能量主要以機械能、熱能、化學能的形式存在，當能量達到一定數值時，將導致有害過程的出現，引起機械零部件初始性能和狀態的變化，如當配合副以一定的動力和速度運動時，相互將產生有害的摩擦過程，摩擦的結果將導致配合副出現磨損，使配合副的運動等發生變化。可見隨着有害過程的發展，首先將使零部件出現損傷，具體表現為磨損、變形、裂紋、疲勞、腐蝕等，損傷的出現使機械零部件的結構參數發生變化，如尺寸公差、形位公差、配合間隙等的改變。結構參數的變化又導致了機械功能輸出參數發生變化，如機械的輸出功率、速度等的改變。隨着損傷程度的進一步擴大，機械零部件的結構參數逐漸超出允許值。若機械零部件的結構參數超出允許值，而功能輸出參數並未超出允許極限範圍，則認為機械出現了潛在故障，對應狀態為失常狀態，此時應通過維護進行消除；若結構參數超限後，功能輸出參數也超出允許值，則認為機械發生了功能故障，對應狀態為故障狀態，此時應通過修理排除相應的故障。若機械經過長時間使用後，其主要零部件的結構參數都達到極限值，且系統功能輸出參數嚴重超限，使用的經濟性明顯下降，此時機械處於極限技術狀態，需要進行大修或更新。