机械故障的形成及其特性分析

故障是机械可靠性与维修研究的前提条件。在机械的设计与使用中，如何有效地预防、控制和排除各种故障，发挥机械的最大功效一直是人们研究的重要课题。本文根据机械系统的使用与维修特点，阐述了机械技术状态的变化及其故障形成的一般过程，分析了机械故障的基本特性，指出了机械故障研究中应考虑的问题，对开展机械故障与可靠性的研究具有一定的指导意义。

1、机械使用与技术状态的变化

机械在使用中受到各种能量的作用，这些能量的作用主要包括：（1）周围介质能量的作用，包括执行任务的操作人员、修理人员和环境条件的作用；（2）与机械运转以及各机构工作有关的内部能源，如各种载荷、振动、温度等；（3）在制造和装配中集聚在机械材料和零部件内的潜伏能量（铸件的内应力和装配内应力）。这些能量主要以机械能、热能、化学能的形式存在，当能量达到一定数值时，将导致有害过程的出现，引起机械零部件初始性能和状态的变化，如当配合副以一定的动力和速度运动时，相互将产生有害的摩擦过程，摩擦的结果将导致配合副出现磨损，使配合副的运动等发生变化。可见随着有害过程的发展，首先将使零部件出现损伤，具体表现为磨损、变形、裂纹、疲劳、腐蚀等，损伤的出现使机械零部件的结构参数发生变化，如尺寸公差、形位公差、配合间隙等的改变。结构参数的变化又导致了机械功能输出参数发生变化，如机械的输出功率、速度等的改变。随着损伤程度的进一步扩大，机械零部件的结构参数逐渐超出允许值。若机械零部件的结构参数超出允许值，而功能输出参数并未超出允许极限范围，则认为机械出现了潜在故障，对应状态为失常状态，此时应通过维护进行消除；若结构参数超限后，功能输出参数也超出允许值，则认为机械发生了功能故障，对应状态为故障状态，此时应通过修理排除相应的故障。若机械经过长时间使用后，其主要零部件的结构参数都达到极限值，且系统功能输出参数严重超限，使用的经济性明显下降，此时机械处于极限技术状态，需要进行大修或更新。