機械零部件FMEA的常見失效&應對措施機械設備中各種零件或構件都具有一定的功能，如傳遞運動、力或能量，實現規定的動作，保持一定的幾何形狀等等。當機件在載荷（包括機械載荷、熱載荷、腐蝕及綜合載荷等）作用下喪失最初規定的功能時，即稱為失效。一般機械零件的失效形式是按失效件的外部形態特征來分類的，大體包括：磨損失效、斷裂失效、變形失效和腐蝕與氣蝕失效。一、磨損失效摩擦與磨損是自然界的一種普遍現象。當零件之間或零件與其他物質之間相互接觸，并產生相對運動時，就稱為摩擦。零件的摩擦表面上出現材料耗損的現象稱為零件的磨損。材料磨損包括兩個方面：一是材料組織結構的損壞；二是尺寸、形狀及表面質量（粗糙度）的變化。1、磨料（粒）磨損零件表面與磨料相互摩擦，而引起表層材料損失的現象稱為磨料磨損或磨粒磨損。磨料也包括對零件表面上硬的微凸體。在磨損失效中，磨料磨損失效是最常見、危害最為嚴重的一種。磨料磨損分為三種情況：第一種是直接與磨料接觸的機件所發生的磨損，稱為兩體磨損；第二種是硬顆料進入摩擦副兩對摩表面之間所造成的磨損，稱為三體磨損；第三種是堅硬、粗糙的表面微凸體在較軟的零件表面上滑動所造成的損傷，稱為微凸體磨損。減少磨料磨損的應對措施對工程機械、農業機械、礦山機械中的許多遭受二體磨損機件，主要是選擇合適的耐磨材料，優化結構與參數設計。對所有機械設備中可能遭受三體磨損的摩擦副，如軸頸與軸瓦，滾動軸承，缸套與活塞，機械傳動裝置等，應設法阻止外界磨料進入摩擦副，并及時清除摩擦副磨合過程中產生的磨屑及硬微凸體磨損產生的磨屑。具體措施是對空氣、油料過濾；注意關鍵部分的密封；經常維護、清洗換油；提高摩擦副表面的制造精度；進行適當的表面處理等。2、粘著磨損粘著磨損是指兩個作相對滑動的表面，在局部發生相互焊合，使一個表面的材料轉移到另一個表面所引起的磨損。由于摩擦表面粗糙不平，兩摩擦表面實際上只是在一些微觀點上接觸。在法向載荷作用下，接觸點的壓力很大，使金屬表面膜破裂，兩表面的裸露金屬直接接觸，在接觸點上發生焊合，即粘著。當兩表面進一步相對滑動時，粘著點便發生剪切及材料轉移現象。在鄰近區域，凸出的材料又可能發生新的粘著，直至最后在表面上脫落下來，形成磨屑。減少粘著磨損的應對措施（1）合理潤滑建立可靠的潤滑保護膜，隔離相互摩擦的金屬表面，是最有效、最經濟的措施。（2）選擇互溶性小的材料配對鉛、錫、銀等在鐵的溶解度小，用這些金屬的合金做軸瓦材料，抗粘著性能極好（如巴氏合金、鋁青銅、高錫鋁合金等），鋼與鑄鐵配對抗粘著性能也不錯。（3）金屬與非金屬配對鋼與石墨、塑料等非金屬摩擦時，粘著傾向小，用優質塑料作耐磨層是很有效的。（4）適當的表面處理表面淬失、表面化學處理、磷化處理、硫化處理、滲氮處理、四氧化三鐵處理以及適當的噴涂處理，都能提高金屬抗粘著磨損的能力。3、疲勞磨損當摩擦副兩接觸表面做相對滾動或滑動時，周期性的載荷使接觸區受到很大的交變接觸應力，使金屬表層產生疲勞裂紋并不斷擴展、引起表層材料脫落，造成點蝕和剝落，這一現象稱為表面疲勞磨損。提高抗疲勞磨損的途徑（1）減少材料中的脆性夾雜物（2）適當的硬度（3）提高表面加工質量降低摩擦表面粗糙度和形狀誤差，可以減少微凸體，均衡接觸應力，提高抗疲勞磨損的能力。接觸應力越大，對加工質量的要求也越高。（4）表面處理減少疲勞磨損。當進行表面滲碳、淬火、表面噴丸、滾壓處理時，都可使表層產生殘余壓應力。（5）潤滑潤滑油的襯墊作用，可使接觸區的集中載荷分散。4、微動磨損微動磨損是兩固定接觸面上出現相對小幅振動而造成的表面損傷，主要發生在宏觀相對靜止的零件結合面上。其主要危害是使配合精度下降，緊配合的機體變松，更嚴重的是引起應力集中，導致零件疲勞斷裂。減少微動磨損的途徑（1）材料性能提高材料硬度，選擇適當的材料配副都可以減少微動磨損。（2）載荷影響在一定條件下，微動磨損隨載荷的增加而增加，但當載荷超過某一臨界值時，微動磨損現象反而減少。（3）表面處理經過適當的表面處理，可降低或消除微動磨損。如噴丸、滾壓、磷化、鍍銅等。5、沖蝕磨損沖蝕磨損是指材料受到固定粒子、液滴或液體氣泡沖擊時，表面出現的損失現象。減少氣蝕危害的措施有：1）減少液體內的壓力波動，也就組織了氣泡的萌生與潰滅。具體方法可以采用減振措施，與液體接觸的機件表面設計成流線型，防止液體產生渦流等。2）選用強度高、抗腐蝕性能好的材料，如不銹鋼，陶瓷、尼龍等。3）零件表面覆蓋高強度耐腐蝕層。4）對封閉或循環系統內的液體可采取降溫措施或添加緩蝕劑及防乳化油。二、斷裂失效機械零件在某些因素作用下分裂成兩塊或兩塊以上的現象稱為斷裂失效。按零件斷裂的原因分類是機械設備工程學中常用的分類方法，它將斷裂分為過載斷裂、疲勞斷裂、脆性斷裂等1、過載斷裂當零件斷裂外加載荷超過其危險截面所能承受的極限應力時，零件將發生斷裂，這種斷裂稱為過載斷裂。零件強度設計不合理，結構上應力過度集中，操作失誤，機械設備超負荷運行，使某些零件承受過大載荷，都可能導致過載斷裂。2、疲勞斷裂金屬零件經過一定次數的循環載荷或交變應力作用后引發的斷裂現象稱為疲勞斷裂，也稱為機械疲勞3、脆性斷裂金屬零件因制造工藝不太正確，或因使用過程中遭有害介質的侵蝕，或因環境溫度不適，都可能是材料變脆，從而是金屬零件發生突然斷裂。這種性質的斷裂一般稱為脆性斷裂，也有稱為環境斷裂的。1）金屬材料發生脆性斷裂時，一般工作應力并不高，通常不超過材料的屈服強度，甚至不超過由某些規范確定的許用應力，所以脆性斷裂又稱低應力脆斷。2）脆性斷裂的斷口平整光亮，呈粗瓷狀，斷口斷面大體垂直于主應力方向。一般斷口邊緣有剪切唇，斷口上有人字紋或放射狀花紋。3）脆性斷裂也有裂紋源，裂紋源出現在表面的應力集中部位，損傷部位，內部的夾雜、空穴，及由軋制、鍛壓而產生的微小裂紋部位。氫脆斷裂由于氫作用而導致金屬材料在低應力狀況下的脆性斷裂稱為氫脆斷裂，又稱氫損傷。氫脆斷口與一般性斷口一樣，平齊光亮。但如果仔細觀察，氫脆斷口上可發現白點。白點是氫泡留下的痕跡，白點外圍有放射狀撕裂紋，這是裂紋擴展的痕跡。斷裂失效原因：確定零件的失效原因時，應對零件的材質，制造工藝，載荷狀況，裝配質量，使用年限，工作環境中的介質、溫度，同類零件的使用情況等作詳細的了解和分析，再結合斷口的宏觀特征、微觀特征，作出準確的判斷，確定斷裂失效的主要原因、次要原因。應對斷裂失效的措施（1）設計方面零件結構時，應盡量減少應力集中。在選擇材料時應該有針對性，不能認為高強度材料就是好材料，應根據環境介質、溫度、負載性質作適當選擇。（2）工藝方面表面強化處理可大大提高零件疲勞壽命。表面適當的涂層可防止有害介質造成的脆性斷裂。某些材料熱處理時，在爐中沖入保護氣體可大大改善其性能。（3）安裝使用方面第一要正確安裝，防止產生附加應力與振動。對重要零件，應防止碰傷拉傷，因為每一個傷痕都有可能成為一個斷裂源。第三應防止設備過載，嚴格遵循設備的操作規程。有些設備只能空載起動的就不要負載起動，以防止過大的沖擊載荷。三、腐蝕失效金屬零件在某些特定的環境中會發生化學反應與電化學反應，造成表面材料損耗，表面質量被破壞，內部晶體結構損傷，最終導致零件失效。這一失效稱為零件的腐蝕失效。金屬的化學腐蝕：金屬零件表面材料與周圍的干燥氣體或非電解質液體中的有害成分直接發生化學反應，形成腐蝕層，這種腐蝕稱為化學腐蝕。金屬的電化學腐蝕：電化學腐蝕是一種復雜的物理與化學腐蝕過程。金屬發生電化學腐蝕需要幾個基本條件，一是有電解質溶液存在；二是腐蝕區有電位差；三是腐蝕區電荷可以自由流動。應對腐蝕措施1.表面覆蓋防腐（1）表面覆蓋金屬層通過電鍍、熱噴漆、熱鍍等方法，可以將抗腐蝕性較好的金屬結合在需要保護的零件表面，形成抗腐的金屬膜或金屬層。（2）表面覆蓋非金屬層常用的非金屬保護層材料有油漆、塑料、橡膠、瀝青、搪瓷、玻璃鋼等。工藝方法有刷涂、噴涂、粘貼、壓貼、纏繞等。（3）表面氧化與磷化表層氧化又稱為發藍處理。表面發藍處理與磷化是采用化學自理的方法使金屬表面形成保護性氧化膜。2.緩蝕劑防腐如果在腐蝕介質中加少量某些物質，就能消除或降低介質對金屬的腐蝕作用，這些物質就叫做緩蝕劑。氧化型緩蝕劑在介質中無氧存在時也能起緩蝕作用，如硝酸鈉等；非氧化型緩蝕劑在介質中無氧時，就不能起緩蝕作用，如硅酸鹽等；有機緩蝕劑的保護機理是：使介質中的金屬表面生成一層致密的鈍化膜，從而阻止了介質對金屬表面的腐蝕。3.電化學保護在電化學腐蝕過程中，陽極金屬表層出現陽離子而受到腐蝕，陰極吸收了充裕的電子而受到保護。4.防腐蝕結構1）應防止電位差很大的金屬零件相互接觸，否則容易產生電化學腐蝕。例如，鋁、鎂合金不應和銅、鋼等材料接觸。當必須接觸時，必須用絕緣材料隔開，隔斷腐蝕電流。2）鋼結構中不應有積液、積塵結構，對不可避免的溝槽應有排泄孔，以隨時清除腐蝕性介質。3）盡量不用鉚接結構、單面焊接結構和斷續焊接結構，以防止縫隙腐蝕。4）輸送腐蝕性介質的管道應盡量防止流速、壓力的突變，防止產生渦流，以防止產生局部腐蝕和氣蝕。5）某些防腐涂層如果容易破裂，不如不涂保護層，因為局部點腐蝕的危害甚于均勻而緩慢的全面腐蝕。四、畸變失效機械零件在機械載荷或熱載荷作用下發生影響零件功能的變形稱為畸變。發生畸變的零件表現為體積增大（或縮?。?、彎曲、翹曲等。當發生畸變的零件喪失了規定的功能時，就稱為畸變失效。1、彈性畸變彈性畸變的原因：（1）結構因素零件截面的結構對其剛度影響最大。有時候，在一個焊接構件上增加幾根加強肋，其剛度就尤為改觀。（2）彈性模量的影響材料的彈性模量越大，則抗彈性畸變的能力最強。（3）溫度的影響在通常情況下，彈性變形量與溫度成正比，因為溫度升高時，彈性模量也隨著降低，但溫度過高時，材料屈服強度降低，在載荷作用下，材料會發生顯著塑性變形。2、塑性畸變當零件在宏觀上出現了明顯的塑性畸變，并超過了允許值時，即為塑性畸變失效（1）材質缺陷材質缺陷主要是指因熱處理不良造成的組織缺陷。（2）設計不當設計精度過低，對載荷估計不足，會造成接觸副的干涉、偏載及過載現象。對溫度估計過低，勢必影響合理選材。（3）使用維護不當因使用維護不當造成的塑性畸變失效時有發生。操作失誤會使主要零件嚴重過載。檢修設備時，不合理的拆裝方法、零件位置的裝配錯誤、細長軸類零件不適當的存放方法都可能導致零件塑性畸變失效。3、翹曲畸變失效形狀比較復雜的零件出現大小和方向都不均勻的變形、出現翹曲狀外形，使形位精度喪失，這種情況稱為翹曲畸變失效。（1）溫度變化的不均勻性這包括兩個方面，一是零件或構件在熱處理時，各部位不均的升溫過程與降溫過程，會使內部產生不均勻的殘余應力、熱應力或相變應力，導致原有的應力平衡狀態破壞，零件翹曲；二是零件在工