《机器维修工程学》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 产品的极限技术状态

第三章产品的极限技术状态这单产品的概念包括：机器、总成及零件的广义内容。第一章中故障定义：是指机械设备某些技术指标（工作参数或输出参数）的变化超出允许限度的不合格技术状态。因此，为了避免故障，首先必须明确机器技术指标或输出参数的极限允许限度，也即参数的极限状态。对于零件而言，可以通过机器、总成输出参数和零件尺寸或磨损量之间的关系，确定出机器、总成处于极限状态时所对应的尺寸或磨损量，即以极限尺寸或极限磨损的形式出现。本章将分别讨论机器、总成和零件的极限状态及其状态参数的变化规律

第三章 产品的极限技术状态 这里产品的概念包括:机器、总成及零件的广义内容。 第一章中故障定义：是指机械设备某些技术指标（工作参数或输 出参数）的变化超出允许限度的不合格技术状态。因此，为了避 免故障，首先必须明确机器技术指标或输出参数的极限允许限度， 也即参数的极限状态。 对于零件而言，可以通过机器、总成输出参数和零件尺寸或磨损 量之间的关系，确定出机器、总成处于极限状态时所对应的尺寸 或磨损量，即以极限尺寸或极限磨损的形式出现。 本章将分别讨论机器、总成和零件的极限状态及其状态参数的变 化规律

本章主要内容：83-1零件配合件的老化规律及产品输出参数的变化规律一、零件的老化规律：二、产品输出参数的变化规律：83-2产品极限状态的确定依据、产品损伤程度及输出参数的极限状态；二、极限状态的确定依据：三、产品允许极限的确定：83-3产品极限状态的确定方法一、生产统计法；：二、生产实验法；三、实验室研究法：四、数学解析法

本章主要内容： §3-1 零件配合件的老化规律及产品输出参数的变化规律 一、零件的老化规律；二、产品输出参数的变化规律； §3-2 产品极限状态的确定依据 一、产品损伤程度及输出参数的极限状态；二、极限状态的确定 依据；三、产品允许极限的确定； §3-3 产品极限状态的确定方法 一、生产统计法；；二、生产实验法；三、实验室研究法； 四、数学解析法

$3-1零件配合的老化规律及产品输出的变化规律一、零件的老化规律零件在使用过程中，由于物理上的变化导致的材料性能和状态的变化规律可分为两个基本类别：可逆转过程的变化一状态规律不可逆转过程一一老化规律，可以用它来估计产品在使用过程中发生的材料性能的变化。这两类规律可以是时间的函数，但在某些情况下并不直接表现出来，函数式中直接表现的是与其它因素（如各种能量）的关系。而这些因素则表现为时间的函数。大为老化规律揭示了零件内部不可逆转过程的物理本质，所以研究老化规律对于估计零件工作能力的耗损有极为重要的意义

§3-1 零件配合的老化规律及产品输出 的变化规律 一、零件的老化规律 零件在使用过程中，由于物理上的变化导致的材料性能和状态的 变化规律可分为两个基本类别： 可逆转过程的变化——状态规律 不可逆转过程——老化规律，可以用它来估计产品在使用 过程中发生的材料性能的变化。 这两类规律可以是时间的函数，但在某些情况下并不直接表现出来，函数式 中直接表现的是与其它因素（如各种能量）的关系。而这些因素则表现为时 间的函数。 因为老化规律揭示了零件内部不可逆转过程的物理本质，所以研究老化规律 对于估计零件工作能力的耗损有极为重要的意义

为了预测产品在使用过程中的状态及选择最佳的处理方案，人们总希望能有一个可以直接反映出老化过程随时间而变化的关系式。但是由于老化过程的现象非常复杂，现阶段，暂时还未能完全达到这个日的。目前，只能利用物理和化学的变化规律来反映老化过程和老化指标的变化，或以时间函数的形式来表示材料损伤程度的老化规律根据这些规律来预测老化过程的进程和速度，估计出可能发生的实际过程，并查明影响过程强度最本质的因素。如，材料的磨损规律就是通过对作用于材料的表面的物理状态的分析，以时间函数的形式提出了磨损过程的强度及磨损量的计算方法。老化规律是故障物理学的主要研究内容

为了预测产品在使用过程中的状态及选择最佳的处理方案， 人们总希望能有一个可以直接反映出老化过程随时间而变化的关 系式。但是由于老化过程的现象非常复杂，现阶段，暂时还未能 完全达到这个目的。 目前，只能利用物理和化学的变化规律来反映老化过程和老化指 标的变化，或以时间函数的形式来表示材料损伤程度的老化规律， 根据这些规律来预测老化过程的进程和速度，估计出可能发生的 实际过程，并查明影响过程强度最本质的因素。 如，材料的磨损规律就是通过对作用于材料的表面的物理状态的 分析，以时间函数的形式提出了磨损过程的强度及磨损量的计算 方法。 老化规律是故障物理学的主要研究内容

一）老化过程的典型规律由于老化过程是不可逆的损伤过程，因此，其过程随时间发展的规律U(t)= ['v(t)dt，一般都是单调增长函数·若讨论的损伤程度是属于材料性能的物理一一化学参数（强度、硬度、化学成分，金相组织等）时，有可能例外。一切老化过程都是随机过程，所研究的过程发展顾虑知识这些随机函数的数学期望或随机函数的某一实际过程

一）老化过程的典型规律 •由于老化过程是不可逆的损伤过程，因此，其过程随时间发展 的规律 ，一般都是单调增长函数。 •若讨论的损伤程度是属于材料性能的物理——化学参数（强度、 硬度、化学成分，金相组织等）时，有可能例外。 •一切老化过程都是随机过程，所研究的过程发展顾虑知识这些 随机函数的数学期望或随机函数的某一实际过程

表3-1表31老化过程随时间发展的奥型规择过程种类(n)=dU/dr（按特性）U(O实测恒定过程U康频警U=（1）稳定过程准稳定过程T交变工改时的摩摄U=bsR>1增长过到U=A(ekr-D)

表3-1

表3-1列举的典型过程都属于单阶段过程，即在观察其间，过程的物理一一化学状况都不发生变化。·稳定过程一一过程的速度保持恒定或相对于平均值略有波动。U(t)-Kt正常使用期内的磨损以及某些腐蚀形式等·单调过程一损伤过程表现为逐渐增强或衰减；老化过程中出现某些因素的变化，如温度，负荷及磨损表面状态的变化，加快或减慢老化速度，函数U（t）成为非线性的。如损伤速度V与损伤量U存在线性关系时，即：dU/dt=C+KU，将其积分，得：当K为正值时，U=A(ekt-l），K为负时，U=A(l-eki

表3-1列举的典型过程都属于单阶段过程，即在观察其间，过程 的物理——化学状况都不发生变化。 •稳定过程——过程的速度保持恒定或相对于平均值略有波动。 U(t)=Kt 正常使用期内的磨损以及某些腐蚀形式等。 •单调过程——损伤过程表现为逐渐增强或衰减； 老化过程中出现某些因素的变化，如温度，负荷及磨损表面状态 的变化，加快或减慢老化速度，函数U（t）成为非线性的。 如损伤速度V与损伤量U存在线性关系时，即： dU/dt =C+KU ，将其积分，得： 当K为正值时，U=A(ekt -1) ，K为负时， U=A(1 - e kt)

有极值过程：1、有极大值过程腐蚀、铸件扭曲变形：星—一材料变，磨损2、有极小值过程·滞后过程疲劳裂纹的萌发·符号改变过程材料机械特性改变如果过程速度发生了符号改变，则函数U(t）会出现极值。这是由于材料中的复杂物理一一化学过程引起的

•有极值过程： 1、有极大值过程——腐蚀、铸件扭曲变形； 2、有极小值过程——材料蠕变，磨损 •滞后过程——疲劳裂纹的萌发 •符号改变过程——材料机械特性改变。 如果过程速度发生了符号改变，则函数U(t)会出现极值。这是 由于材料中的复杂物理——化学过程引起的

UHUaOU-aK无利1F有添加制105/分1ok.(e)(b)toU-HRBUUsor1220r290DOSO0CS()L理家/0肥ULATSZAITnLa)我伤计程随时网的变化腿牌（实慎）a)切削刀具磨损b）化学腐蚀c)润滑油老化d）金属的蠕变e)铝合金老化f钢的硬度变化g）裂纹的扩展h)铝合金试样尺寸的变化

a)切削刀具磨损 b) 化学腐蚀 c)润滑油老化 d) 金属的蠕变 e)铝合金老化 f) 钢的硬度变化 g) 裂纹的扩展 h)铝合金试样尺寸的变化

配合件的磨损规律二）西配合件的典型磨损规律属于多阶段的老化过程，由三个阶段组成一劳伦兹曲线诚明S52菜业SS(a)温盛文馆力电点补诊II1随型备防文和期级贴客用#斗东牌市YeSus(b)寿命图2-2曲轴主轴承配合件的磨损曲线（b）配合件间隙增长曲线（a）零件的磨损曲线济威店T磨合时期T2:正常使用时期

二）配合件的磨损规律 配合件的典型磨损规律属于多阶段的老化过程，由三个阶段 组成——劳伦兹曲线