1、机电设备故障诊断与维修 Fault diagnosis and maintenance of mechanical and electrical equipment 机械工程学院 丁志锋 TEL：13235402108 QQ：519731896,机电设备故障诊断与维修,1,课程简介,2,课程内容,3,教学组织与实施,4,课程考核与评价,5,课程特色,机电设备故障诊断与维修,课程名称：机电设备故障诊断与维修 课程性质：专业核心课程 教学时数：96学时 （实训30学时） 开课时间：第四学期 授课类型：机电一体化专业二年级学生,一、课程简介_(1)课程基本信息,机电设备故障诊断与维修,性质：机电设备
2、故障诊断与维修课程是机电一体化技术专业的必修课程，是一门实践性综合性较强的专业主干课程。 地位：重点突出了知识的核心性和职业能力的应用性，在学生的知识、能力和素质培养体系中，占有十分重要的地位。 作用：主要培养学生掌握机电产品维修的基本知识，培养学生具有一定机电产品故障诊断和维修技术的综合能力。对今后从事机电设备操作加工、维护保养和维修工作起到一定的作用。,一、课程简介_(2)课程的性质、地位和作用,机电设备故障诊断与维修,一、课程简介_(3)课程联系,机电设备故障诊断与维修,机械图样的绘制与识读 机械基础 电气控制及PLC技术 传感器技术应用 单片机控制技术应用 电工与电子技术 机电传动技术
3、 金工实习 机械制图测绘实训,数控加工技术 先进制造技术 机床电控与PLC 数控机床维护维修 机电一体化系统设计 数控机床编程与操作实训 机电设备维修实训 顶岗实习,前修课程,后续课程,机电设备故障诊断与维修,一、课程简介_(4)课程目标,掌握机械设备故障的诊断和维修的基本理论和技术； 掌握机械设备的安装、拆卸、装配、修理有关技术问题和检修技术； 掌握机械零件失效的规律和理论及修换和修复技术。,具备查阅技术资料掌握通用机电设备的结构、工作原理，并通过故障诊断分析方法及工具诊断设备故障的能力； 具备常见机电设备检测、维修与维护的能力。,养成机电设备维修的职业能力、社会能力以及爱岗敬业的职业素养，
4、为从事设备维修工作打下良好的基础。 养成自主学习的习惯和正确的职业态度等良好素养。,知识目标,能力目标,素质目标,机电设备故障诊断与维修,一、课程简介_(5)学情分析,机械图样的绘制与识读、机械基础、电气控制及PLC技术,通过校内金工实习和校外实践积累了一定的经验。,在认知实习期间，学生增长了社会经验，了解到了一定的就业情况。,通过参加校内外实训，使学生掌握了一定的动手能力和相关技巧。,通过自己的努力，主动的去解决问题的能力尚有欠缺。,本课程所涉及的知识面非常广泛，如汽车、电子、运输等相关行业均有涉及。,机电设备故障诊断与维修,一、课程简介_(6)岗位分析,本专业培养德智体全面发展，掌握机电
5、一体化技术和机电维修技术基础知识和专业 知识，具有较强的实际工作能力，适应从事 机电一体化设备的安装调试、操作加工、维 护维修、设备管理、设备引进改造及技术开 发等工作的高等技术应用型专门人才。,机电一体化专业人才培养目标,机电设备故障诊断与维修,一、课程简介_(6)岗位分析,主要工作岗位：机电一体化设备安装调试、操作加工及维护维修、管理工作； 次要工作岗位：机电一体化设备引进、改造及技术开发工作； 相关工作岗位：机电一体化设备营销、售后服务工作。,服务面向,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,故障诊断在机电设备运行中，根据设备的故障现象，在掌握机电设备各部分工作原理的前提下，对
6、现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因，提出有效的维修对策。,什么是故障？,故障机电设备全部或部分丧失原有的功能。,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,设备出故障与人身体得病对比,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,故障诊断的基本方法(与医学方法的对比),机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,思考：对机电设备进行故障诊断与维修有哪些意义？,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,调查委员会在经过4个月的调查后，提出长达256页的调查报告。报告中提出，“挑战者”号爆炸的原因是发射时气温过低，造成固定右副燃料舱的O形环硬化、失
7、效，最终导致爆炸。,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,断裂部位,三峡塔带机断裂事故 2002年9月3日,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,转子事故 1985年山西大同电厂2号机的断轴毁机事故仅直接经济损失就超过2亿元,1.预防事故发生，保证人身和设备安全。,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,2.保证设备精度，提高产品质量。,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(1)概述,据调查： 300MW发电机组 停产一天损失电720万kWh，约￥144万元30万吨化肥装置 停产一天损失化肥1000t，约￥150万元三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失
8、￥400万元,3.增加企业的经济效益。,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(2)内容编排,基本知识 机械设备 安装概述 机械磨损 机械设备 故障及诊 断技术 机械设备 维护及修 理技术 ,状态监测 故障诊断 概述 振动监测 与诊断技术 噪声监测 与诊断技术 温度监测 技术,机械的拆 卸与装配 概述 机械零件 的拆卸 零件的清洗 零件的检验 过盈配合的 装配 ,机械零件 修复技术 概述 金属扣合 技术 工件表面 强化技术 塑形变形 修复技术 ,机床的故障诊断与维修 概述 普通机床的故障诊断与检修 数控机床的故障诊断与检修 ,机电设备的安装与维修 冲床设备送料结构（十字滑台）、冲料机构和转塔部
9、件机械装配 冲床安装与维修,常用电气设 备的故障诊 断与维修 电气设备故 障诊断维修 伺服电机及 驱动器、变 频器的应用 ,8,6,16,16,12,18,20,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(3)课程设计,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(3)课程设计,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(3)课程重难点,重点：,难点：,根据不同的设备、环境，能够正确的诊断出设备的 故障所在，并制定合理的修理方案。按照拟定的修理方案，完成对零部件进行修复、安 装并调试等。,按照故障诊断技术对故障进行诊断，并制定合理的 修理方案。,机电设备故障诊断与维修,二、课程内容_(4)课程重难点突破,机
10、电设备故障诊断与维修,三、教学组织与实施_(1)学习流程,机电设备故障诊断与维修,三、教学组织与实施_(2)教学流程,总结反思（修正方案）,实地操作（实施方案）,知识准备（验证方案）,分组讨论（得出开展工作方案）,创设情境（提出工作任务）,机电设备故障诊断与维修,三、教学组织与实施_(3)教学方法,机电设备故障诊断与维修,三、教学组织与实施_(4)教学实施步骤,机电设备故障诊断与维修,四、课程考核与评价,态度考核(20%),过程考核(20%),理论考核(60%),实操实训(20%),考核评价,出勤 (5%),作业 (8%),讨论 (4%),纪律 (3%),闭卷考试(70%),机电设备故障诊断与
11、维修,五、课程特色_(1)教学模式,机电设备故障诊断与维修,五、课程特色_(2)教学内容,机电设备故障诊断与维修,五、课程特色_(3)教学理念,根据实训条件、企业需求，模拟企业机电设备维修的全过程； 学生在完成设备故障诊断与维修项目的同时，能提出预防类似故障发生日常维护和预防维修方案； 将“维护及预防维修为重点”的现代设备管理理念融入教学内容中，培养现代设备维修的职业素养。,机电设备故障诊断与维修,谢谢！,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1机械设备安装概述,机械设备基础的验收,安装前的物质和技术准备,设备安装位置的检测和校正,机械设备基础的二次灌浆与试车,
12、设备的吊装,机械设备的安装是按照一定的技术条件，将机械设备正确、 牢固地固定在机械设备基础上。机械设备的安装是机械设备从制造到投入使用的必要过程。,机械设备的安装工艺过程,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1机械设备安装概述,保证机械设备的安装质量与规定试车； 必须采用科学的施工方法，最大限度地加快施工速度，缩短安装周期，提高经济效益； 重视施工的安全问题，坚决杜绝人身和设备安全事故的发生。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.1组织准备和技术准备,组织准备,结合具体条件成立适当的组织机构，并且应分工明确、紧密协作，以使
13、安装工作有步骤地进行。,技术准备,研究机械设备的图样、说明书、安装工程的施工图、国家部委颁发的机械设备安装规范和质量标准； 熟悉设备的结构特点和工作原理； 对安装人员进行必要的技术培训； 编制安装工程施工作业计划。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.2供应准备,机具的准备,安装检测机具： 水平仪、经纬仪、自准直仪、拉线架、平板、弯管机、电焊机、气割、气焊、扳手、万能角度尺、卡尺、塞尺、千分尺、千分表及各种检验测试设备等。 起重运输机具： 双梁桥式起重机、单梁桥式起重机、卷扬机、起重杆、起重滑轮、电葫芦、绞盘及千斤顶等起重设备；汽车、拖拉机等运输设备；钢丝
14、绳及麻绳等索具。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.2供应准备,材料准备,金属材料： 各种型钢、管材、螺栓、螺母、垫片、铜片及铝丝等 非金属材料： 石棉、橡胶、塑料、沥青、煤油、机油、润滑油及面纱等。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.3机械设备的开箱检查与清洗,开箱检查,检查机械设备表面及包装情况； 检查机械设备装箱单、出厂检查单等技术文件； 根据装箱单清点全部零件和附件； 检查各零件和部件有无损坏、变形或锈蚀等现象； 检查机械设备各部分尺寸是否与图样要求相符合。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断
15、与维修的基本知识,1.1.3机械设备的开箱检查与清洗,清洗,粗洗：主要清除部件上的油污、旧油、漆迹和锈斑； 细洗：也称油洗，是用清洗油将脏污冲洗干净； 精洗：采用清洁的清洗油将机械设备的部件洗净，主要用于安装精度和加工精度都较高的部件。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.4预装配与预调整,缩短安装工期，减少安装过程中组装、调整的工作量和加快安装进度； 可以提前发现设备存在的问题，及时加以处理，以确保安装质量； 为进行大部件整体安装做准备。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.5机械设备基础的设计与施工,作用：把机械设
16、备牢固地固定在要求的位置上，同时把机械设备本身的重量和工作时的作用力传递到大地中去，并吸收振动。 设计：选择基础类型，确定基础最合适的尺寸和强度等。 机械设备分类：无动力机械，动力机械。 机械设备基础分类：大块式（刚性）基础和构架式（非刚性）基础,概述,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.5机械设备基础的设计与施工,机械设备基础的施工,挖基坑,浇灌混凝土,装设模板,绑扎钢筋,安装地脚螺栓和预留孔模板,养护,拆除模板,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.5机械设备基础的设计与施工,1).机械设备基础混凝土强度达到60%以
17、上； 2).机械设备基础的几何尺寸应符合设计规定； 3).地脚螺栓 作用连接机械设备与机械设备基础； 地脚螺栓长度应符合施工图规定或满足： L=15D+S+（510mm） 垂直偏差应小于1%； 偏差的排除 4).安放垫铁，使机械设备达到安装要求的标高和水平。,机械设备基础的验收,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.6机械安装,即：找中心、找标高和找水平 1).初平，初步找正找平设备的中心、水平、标高和相对位置，一般与设备吊装就位同时进行； 2).静平，在初平的基础上对设备的水平度、铅垂度、平面度等作进一步的调整和检测，使其达到完全合格的程度。,设备找平与找
18、正,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.1.6机械安装,螺栓联接的防松装置； 键联接； 滑动轴承； 滚动轴承安装包括清洗、检查、安装、间隙调整等步骤。 齿轮传动机构； 蜗轮蜗杆传动机构； 联轴器。,机械装配用到的零件,设备试运转,机械设备的试运转步骤为：先无负荷、后有负荷，先单机、后系统，最后联动。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1.2机械磨损,通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动 磨损五种形式。,两个物体接触摩擦磨损,磨损：微观和动态的过程,世界近一半的能源摩擦和磨损,外形和尺寸变化,其他各种物理、化
19、学和机械的变化,80%零件的实效磨损,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,一、粘着磨损,2. 粘着磨损的分类,3. 影响粘着磨损的因素,当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发生相对的运动时，由于粘着作用，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面所引起的磨损称为粘着磨损。粘着磨损又称粘附磨损。,（1）摩擦表面的状态（洁净程度和粗糙度）,（2）摩擦表面的材料的成分和金相组织,1. 粘着磨损机理,载荷和相对运动 粘着剪断再粘着,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,磨料磨损又称
20、磨粒磨损。它是当摩擦副的接触表面之间存在这硬质 颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时，所产生的 一种类似金属切削过程的磨损，其特征是在接触表面上有明显的切削痕迹。,二、磨料磨损,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1. 磨料磨损的机理（假说）,（1）微量切削：磨料磨损主要是由于磨料颗粒沿摩擦表面进行微量切削而引起的，微切削大多呈螺旋状、弯曲状或环状。,（2）疲劳破坏：磨料磨损是磨料使金属表面层受交变应力和变形，使材料表面疲劳破坏，并呈小颗粒状态从表层脱落下来。,（3）压痕破坏：塑性较大的材料，因磨料在载荷的作用下压入材料的表面而产生压痕，并从表层
21、上挤出剥落物。,（4）断裂：磨料压入和划擦金属表面时，压痕处的金属要产生变形，磨料压入深度达到临界值时，伴随压入而产生的拉伸应力足以产生裂纹。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,2. 磨料磨损的分类,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,3. 影响磨料磨损的因素,由于磨料磨损主要是由磨料颗粒与摩擦表面的机械作用而引起的，而影响它的因素也就取决于这两方面。,（1）磨料 磨料磨损与磨料的相对硬度、形状、大小有密切关系。,（2）摩擦表面材料 摩擦表面材料的显微组织，力学性能如硬度、断裂韧度、弹性模量等，与磨料磨损也有很大的关系。,磨料相对于
22、摩擦面材料硬度越大，磨损越严重； 呈棱角状的磨料比圆滑状的挤切能力强，磨损率高； 在一定粒度范围内，摩擦表面的磨损量随磨料尺寸的增加而按比例较快增长，但磨粒达到临界尺寸后，磨损量基本不变。（由于本身的缺陷和裂纹导致磨料的抗拉强度降低，容易断碎破裂）,一定范围内，硬度越高，材料越耐磨；断裂韧度反应了材料对裂纹的产生和扩散的敏感性；弹性模量反映出被磨材料是否能以弹性变形的形式去适应磨料，允许磨料通过而不发生塑性变形或切削作用，避免或减轻磨损程度。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,三、疲劳磨损,疲劳磨损是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，导产生裂纹
23、和分离出微片或颗粒的一种磨损。,1. 疲劳磨损机理,按裂纹产生的位置，疲劳磨损的机理有两种情况：,(1)滚动接触疲劳磨损 滚动接触过程中，材料表层受到周期性载荷作用，引起塑性变形，表面硬化，最后在表面出现初始裂纹，并沿与滚动方向呈45方向由表向里扩展。,（2）滚滑接触疲劳磨损 两滚动接触物体在距表面下0.786b处切应力最大，该处塑性变形最剧烈，在周期性载荷作用下的反复变形使材料局部弱化，并在该处首先出现裂纹，在滑动摩擦力引起的切应力和法向载荷引起的切应力叠加作用下，使最大切应力从0.786b处向表面移动。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,2. 疲劳磨损的分类
24、：,（1）非扩展性疲劳磨损 某些新的摩擦表面上，因接触点较少，压力较大，容易产生小麻点状的点蚀。经磨合后，接触面积扩大，实际压力降低，小麻点停止扩展。（运动速度不高的摩擦副影响不大）,（2）扩展性疲劳磨损 作用在接触表面的交变应力较大时，由于材料的塑性稍差或润滑不当，在磨合阶段就产生小麻点。在载荷继续作用下，小麻点就会发展成痘斑状坑，逐渐使零件失效。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,3. 影响接触疲劳磨损的主要因素：,（1）材质,（2）接触表面粗糙度 适当降低表面粗糙度可有效提高抗疲劳磨损能力,（3）表面残余内应力 表层在一定深度范围内存在有残余应力，不仅可提
25、高弯曲、扭转疲劳抗力，还能提高接触疲劳抗力，减小疲劳磨损。（过大残余应力反而有害）,（4）其他因素 装配精度、润滑油粘度、润滑油中的化学添加剂等,含有杂质应力集中裂纹降低接触疲劳寿命,材料组织状态：晶粒细小、均匀，碳化物成球状且均匀分布,硬度在一定范围内增加，其接触疲劳抗力将随之增大,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,四、腐蚀磨损,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引起金属表面的腐蚀产物剥落，这种现象成为腐蚀磨损。它是在腐蚀现象与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。,（氧化磨损和特殊介质磨损）,机电设备故障诊断
26、与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,1. 氧化磨损,摩擦表面要能够发生氧化，而且氧化膜生成速度要大于其磨损破坏速度；,氧化膜与摩擦表面的结合强度大于摩擦表面承受的切应力；,氧化膜厚度大于摩擦表面破坏的深度。,氧化磨损的因素：,氧化膜生长的速度与厚度 金属表面在摩擦过程中，表面形成氧化物的速度要比非摩擦时快的多。在常温下，金属表面形成的氧化膜厚度非常小。,硬度 氧化膜硬度越高，载荷作用下变形越小，膜不易破碎，耐磨性好。 但大多数比原金属硬而脆。（有防止金属间粘着作用）,基于氧化磨损的特点，可以看出发生氧化磨损必须同时具备三个条件：,氧化膜的性质 氧化膜紧密、完整无孔，与金属表面结合
27、的牢固，有利于防止氧化。,（氧化膜被磨掉氧化再被磨掉）,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,2. 特殊介质下的腐蚀磨损,它是摩擦副金属材料与酸、碱、盐等介质作用生成的各种化合物，在摩擦过程中不断被除去的磨损过程。其机理与氧化磨损相似，但磨损速率较高。,腐蚀介质来源常有以下方面：,2）摩擦金属表面受到工作过程中产生的腐蚀性介质作用。（排放的废气）,3）工作介质中的添加剂。（极压齿轮油中由于有极压添加剂）,1）工作介质。（水泵中的水）,腐蚀磨损的速率与介质的腐蚀性质和作用温度有关，也与相互摩擦的两金属形成电化学腐蚀的电位差有关。,4）润滑油在工作中因氧化而形成机酸。,机电设备故障诊断与维修,第1章 机械设备故障诊断与维修的基本知识,五、微动磨损,两个接触表面由于受相对低振幅震荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。产生于相对静止的接合零件上，往往易被忽视。,1. 微动磨损的机理,2. 影响微动磨损的主要因素,微动磨损是一种兼有磨料磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损形式。,实践与试验表明，外界条件（载荷、振幅、温度、润滑等）及材质对微动磨损影响相当大。,特点：外界变动载荷作用下，产生很小振幅的相对运动。,后果：配合精度下降，紧配合部件紧度下降甚至松动，连接件松动乃至分离。,
