機械故障的形成過程及規律

　　所謂機械故障，是指機械設備因偏離其設計狀態而喪失部分或全部功能的現象。故障程度應從定量的角度來估計功能喪失的嚴重性，通常所見到的汽車發動機不起動、制動不靈、燃油和潤滑油消耗量異常、機械傳動系統運轉不平穩等都是機械故障的表現形式，當其超過了規定的指標，即發生了故障。

　　機械的技術狀況隨使用時間的延長會逐漸惡化，發生故障的可能性也隨時間的延長而增大，由于故障的發生具有隨機性，很難預測故障發生的確切時間，因此，可以用累計故障率、故障密度和故障率來度量。

　　累計故障率：即故障發生的時間比率，或在規定條件下和規定的時間內發生故障的概率。

　　故障密度：故障密度是累計故障率對時間的微分，它反映了故障概率隨時間變化的快慢，某一時間的故障密度大，則故障概率增加得快。

　　故障率：故障率分瞬時故障率和平均故障率。產品在某一瞬態時的單位時間內發生故障的概率，稱作瞬時故障率，有時簡稱故障率。產品在某一段時刻內單位時間發生故障的概率．稱為平均故障率。

　　最常見的機械故障率隨時間變化的規律如圖1所示的浴盆曲線．曲線可劃分為早期故障期(初始故障)、隨機故障期(偶發故障)和耗損故障期(衰老故障)三個階段。機械設備在工作初期，由于設計、制造的不完善，工藝缺陷和裝配調整缺陷，致使故障率較高，而且故障率隨時間的增加而迅速下降，呈漸減型，若進行大修或技術改造后，再次使用也會出現這種情況。機械設備經過早期故障階段后，由于使用環境的偶然變化、人為操作差錯、管理不善造成的潛在缺陷、維護不良、零部件缺陷等，均可造成隨機分布的偶發故障，故障率低而穩定，近似為常數。這一階段是機械設備最佳工作時期，機械設備的使用壽命基本上由此階段決定。在機械設備使用后期，由于機械中的主要零部件的各種磨損、疲勞、老化、腐蝕等的累積達到一定程度，機械的故障率隨運轉時間的增加而不斷增大，而且上升趨快，呈漸增型，機械進入耗損故障階段，故障增多，故應加強預防性維修。

　　機械故障的特性分析

　　機械故障是與磨損、腐蝕、疲勞、老化等機理分不開的。根據機械故障形成的一般過程機械故障主要有以下一些特性：

　　潛在性：機械在使用中會出現各種損傷，損傷引起零部件結構參數發生變化，當損傷發展到使零部件結構參數超出允許值時，機械即出現潛在故障。由于機械設計考慮一定的安全系數，即使某些零部件的結構參數超出允許值后，機械的功能輸出參數仍在允許的范圍內，機械并未發生功能故障。同時，通過潤滑、清潔、緊固、調整等手段，可以消除或減緩損傷的發展，使潛在故障得到一定程度的控制甚至消除。因此，從潛在故障發展到功能故障一般具有較長的一段時間，機械故障的潛在性可通過維護來減少功能故障的發生，從而大大延長了機械的使用壽命。

　　漸發性：由于磨損、腐蝕、疲勞、老化等過程的發生與時間關系密切，因此而引起的機械故障也與時間有關。機械使用中損傷是逐步產生的，零部件的結構參數也是緩慢變化的，機械性能也是逐漸惡化的。機械使用時間越長，發生故障的概率就越大，故障發生的概率與機械運轉的時間有關，由于故障的漸發性這一特性，使多數的機械故障可以預防。

　　耗損性：機械磨損、腐蝕、疲勞，老化等過程伴隨著能量與質量的變化，其過程是不可逆轉的。表現為機械老化程度逐步加劇，故障越來越多。隨著使用時間的增加，局部故障的排除雖然能恢復機械的性能，但機械的故障率仍不斷上升。同時損傷的消除也是不完全性的，維修不可能使機械的性能恢復到使用前的狀態。

　　模糊性：機械使用中，由于受到各種使用及環境條件的影響，其損傷與輸出參數的變化都具有一定的隨機性與分散性。同時，由于材料與制造等因素的影響，機械的各種極限值、初始值也具有不同的分布，同一機械在不同的使用環境下，輸出參數隨時間也具有不同的分布。從而導致參數變化及故障判斷標準都具有一定的分散性，使機械故障的發生與判斷標準都具有一定的模糊性。

　　多樣性：機械使用中，由于磨損、腐蝕、疲勞、老化過程的同時作用，同一零部件往往存在多種故障機理，產生多種故障模式，例如軸的彎曲變形、磨損、疲勞斷裂等。這些故障不僅故障機理與表現形式不同，而且分布模型及在各級的影響程度也不同，使故障呈現出多樣性。