第一第二章现代船舶维修船机零件的摩擦与磨损.doc

第一章 现代船舶维修

第一节 维修科学

一.船机故障
(一).故障的定义：船舶系统、设备、机械或其它零件规定(原有)功能的丧失。
１.失效和故障：失效是产品丧失规定的功能,对可修复的产品通常也称故障。
　２.研究故障的几个注意点：
（１）规定的对象：不同的对象有不同的故障状态
（２）规定的时间：
（３）规定的条件：
（４）规定的功能：可能是一部机器的某一功能发生故障，其它正常
（５）一定的故障程度
(二).故障的分类
1.按故障对营运的影响分（3类）
1）不停航的局部故障：喷油器故障
2）短时停航重大故障：主机拉缸，需停航修复
停航时间要求：货船 小于6 小时，客船小于2小时
3）长时停航进厂修理的全局性故障：
如：尾轴、曲轴断；螺旋桨故障；船体破损
2.按故障发生和演变过程的特点分类：
1）渐进性故障：通过连续的状态监测可有效的防止；如：磨损性故障
2）突发性故障：无故障先兆；如：主机自动停车
3）波及性故障：由一种故障引发另一故障；无法预测；如：连杆伸腿
4）断续性故障：时好时坏
3.按故障发生的原因分
1）结构性故障：设计、选材不当导致的故障；如：气缸套上部凸缘根部裂纹
2）工艺性故障：由制造、安装或质检不良引起的故障；如
3）磨损性故障：正常工作下，因长期工作磨损引发的故障；如：缸套过度磨损引起窜气
4）管理性故障：由于维护保养不良或操作不当引发的故障；如：滑由变质引起轴瓦烧熔
4.按故障性质分
1）人为故障：由人员管理不当或误动作引起的故障； 占80%以上
2）自然故障：由于工作环境、零件结构和材料缺陷、制造安装不良造成的故障
(三).故障发生前的先兆
故障先兆的定义：除突发性故障外，其他故障在发生前均有不同形式的信息显示。
1. 船机性能方面：
1）功能异常
2）温度压力异常
3）示功图异常
2. 船机外观显示方面
1）外观反常
2）消耗异常
3）气味反常
4）声音反常
（四）.故障模式
１.定义：妨害产品完成规定任务的某种可能方式，即产品的故障或失效的表现形式
２.机械的三种故障模式：磨损、腐蚀、疲劳破坏；产品的故障模式可能是单一也可能是综合出现的
３.进一步可分为６类：
（１）损坏型故障
（２）退化型故障
（３）松动型故障
（４）失调型故障
（５）堵塞与渗漏型故障
（６）性能衰退或功能失效型故障
（五）.故障规律
故障率与时间呈浴盆曲线关系

1. 早期故障：磨合期；
特点：故障率随时间下降
2. 随机故障期：偶然故障期
特点：1）故障率低、恒定
2）出现故障由设计、制造时潜在的缺陷，管理操作不当引起的
3）时间长，是使用期；进行可靠性评估的时期
3. 磨损故障期：晚期故障期
特点：故障率随时间延长而升高
措施：故障期开始前修理或更换备件，可延长随机故障期推迟磨损故障期
4. 故障率曲线 （六种）

A、B型：有明显的磨损故障期，采用定时维修，延长使用寿命
C 型 ：故障率随时间增大
D、E、F型：电子设备，无需定时维修
（六）.故障的影响因素
１.设计
２.选材
３.制造质量
４.装配质量
５.正确使用：ａ.载荷　　ｂ.环境　　ｃ.保养和操作
（七）.故障的人为因素
　1.80%的事故是人为因素造成的：制订ＩＳＭ规则，修订ＳＴＣＷ公约的措施，以提高船员的专业知识和技术水平
　2.船舶综合可靠度取决于：船机固有的可靠度和船员的工作可靠度
二.维修科学的概念
维修：机械设备维护与修理的总称
1.维护保养：是为了保持船舶机械和设备的技术性能正常发挥所采取的技术措施
2.船舶修理：设备性能下降、状态不佳或发生故障时，为了保持或恢复原有功能而采取的技术措施
（一）.维修科学
1.维修科学定义：以现代科学技术为基础，由多门学科综合而成的维修理论
2.全寿命维修：五个阶段（论证、设计、制造、使用、淘汰）
含义：从论证开始使产品具有可维修性
（二）维修思想
　１.＂事后维修为主＂的维修思想
　２.＂以预防为主＂的维修思想
　３.＂以可靠性为主＂的维修思想
（三）.现代维修的特征
　１.使分散维修转向综合维修
　２.由经验维修转向理论维修
　３.由单件维修转向工业化维修
（四）.现代维修的发展趋势
三.以可靠性为中心的预防维修
（一）.可靠性以可维修性的概念
1.可靠性的概念 （可靠性理论是现代维修科学的理论基础）
1）定义：产品在规定时间、条件下完成规定功能的能力；

包括：（1）固有可靠性（设计时赋予的）（2）实际可靠性（制造和使用赋予的）
2.可维修性的概念
1）可维修性的定义：指已发生故障的产品，在规定的时间内通过维修使之保持或
恢复到使用条件下完成规定功能的能力。
产品有良好可维修性的条件：设备易于拆装，对人员技术要求不高，维修费
用低。
2）研究可维修性的意义
（1）安全航行的保证
（2）是可靠性的必要补充：具有良好的可维修性同时增强产品的可靠性
（3）是设备维修保养工作的基础：产品应先具备有可靠性才能进行维修
3）可靠性的指标 ：可修复度、修复度、有效度、平均修复时间
（二）.现代维修方式
　１.事后维修（ＣＭ）：非预防性的维修方式
　２.预防维修（ＰＭ）
　　（1）定时维修方式
定义：发生故障后才进行的维修，按规定时间进行维修
条件：（1）有明显的磨损故障期
（2）无故障期长
（3）不适宜使用其他维修方式
缺点：针对性不强，成本高，对设备的监控不连续（达到规定时间才检修）
（2）视情维修方式------也称状态维修
定义：通过对产品不间断的监控、分析、根据实际情况确定维修时间
条件：1）具有进行缓慢的磨损故障期；以便测到故障信息后有时间采取措施
（2）具有能反映设备状态且能测到的参数
（3）具有视情设计的设备结构
（4）具有监测装置
特点：针对性强，成本低，是理想的方式
３.三种维修方式的应用
1）定时维修：经计算有规定的使用寿命的设备；如：透平轴承
2）视情+定时维修：大多数设备采用
3）事后维修：发生偶然故障时不危及安全的设备
４.可靠性维修（ＲＭ）
５.改进性维修（ＩＭ）

第二节 船舶维修工作内容
一. 船舶维护保养体系
一）.ＣＷＢＴ：我国开发
（二）.有计划维修保养系统ＰＭＳ：国际性，须船级社检验合格才发给证书
二.船舶维修工作内容
维修：包括维护保养和修理
1.维护保养：是为了保持船舶机械和设备的技术性能正常发挥所采取的技术措施
2.船舶修理
定义：设备性能下降、状态不佳或发生故障时，为了保持或恢复原有功能而采取的技术措施
1）船员自修
（1）营运中自修
航修概念
（2）船厂期间自修
2）厂修
三.船舶修理（修理分类、修理单重点）
1. 修理类别
1）交通部
（1）航修：由船厂或航修站来修
（2）小修：间隔期---货船12个月 远洋12-18个月
（3）检修2-3次小修后进行全面抢修
2）航运企业分
（1）航修
（2）计划修理
（3）事故修理
2 . 修船原则.
1）船龄不同要求不同；
　2）远洋船按入级标准进行修理
　３）坚持日常保养与计划修理、船员自修与厂修结合的原则，鼓励船员自修
　４）保证修船质量，缩短修船时间和降低修船费用
保修期：固定件６个月，运动件３个月
　　５）修船本着节约的精神，节省修船费用和缩短修船时间

第二章 船机零件的摩擦与磨损
摩镲的概念：
第一节 摩擦
一.摩擦表面
1.摩擦表面的形貌和表示方法
1）表面形貌：零件表面的几何形状
（1）宏观几何形状——外形轮廓线
（2）表面波度——介于宏观和微观之间的形状
（3）微观几何形状（粗糙度）： 微观表面几何形状
2）实际接触面积应小于名义面积（0.01%—0.1%）
3）表面粗糙度：取样长度内各点的平均高度，分14级
2.金属表面层的结构
由外到内：污染层、吸附层、氧化层、变形层(加工硬化层)、基体

二.摩擦
定义：
1.分类
1）按运动状态分
（1）动摩擦 （2）静摩擦

2）按运动形式分
（1）滚动 （2）滑动
3）按表面润滑状态分
（1）干摩擦、无油膜
（2）边界摩擦 油膜厚0.1um
（3）流体摩檫：摩檫力大小取决润滑液的黏度，摩檫力最小
（4）混合摩擦
（5）纯净摩檫：摩檫表面没有任何的吸附膜或化合物
2.干摩擦机理
粘着理论：两表面—载荷—接触点氧化膜破坏—产生冷焊点—相对运动—冷焊点剪断—磨损
3.边界摩擦机理

1）吸附膜： 极性分子吸附形成的油膜
种类
定义
适应环境
物理吸附膜
分子（静电）吸附力
常温、低速、轻载
化学吸附膜
化学键吸附
中等的温度负荷及速度
化学反应膜
表面与滑油中的P、S、Cl发生化学反应
高温、高压、高速

2）油性、极性、添加剂
（1） 极性好，油性好，用油性添加剂来提高油性
（2） 在高温重载下，添加极压添加剂加强润滑
4.流体摩擦机理（油膜厚度1.5-2um）
1）动压摩擦：相对运动，楔形油膜或挤压油膜隔开摩擦表面
如： 轴与轴承；推动块与推动环
2）静压润滑：外部供入一定压力滑油，隔开摩擦表面
如：十字头轴承
3）形成动压润滑的条件
（1）合适的表面质量
（2）合适间隙
（3）滑油
（4）速度
（5）载荷应小于油膜能承受的极限

第二节 磨损
一.磨损的概念（故障模式的一种）
概念：相对运动件的摩擦表面的物质逐渐损耗， 零件尺寸、形状和位置及表面质量发生变化的现象为磨损。
影响： 80%的零件失效是磨损造成的。
1.磨损指标
1）磨损量：零件表面尺寸的变化量（单位：mm）
磨损率：单位工作时间内的磨损量，即磨损量/工作时间（单位 mm/kh）
2）几何形状误差：
（1）圆度误差：横截面上互相垂直的两个直径值之差的一半。
（2）圆柱误差：纵剖面最大直径与最小直径差值的一半。
（3）平面度：衡量零件平面平直的几何精度指标。
2．磨损规律
（理解磨损曲线）

1）磨合期：
特点：时间短、磨损速度大。（曲线斜率大）
2）正常磨损期：
特点：磨损速度小、时间长（曲线斜率小）
3）急剧磨损期：
特点：磨损加剧、应停机检修（斜率大）
3.磨合：
定义：机器摩擦表面由初始状态过度到使用状态的运转阶段：
1）磨合良好的要求：
（1）接触面积达80%以上。
（2）工作表面彼此适应。
（3）能建立耐久有效的润滑。
2）磨合良好的标志：
（1）工作表面光洁。
（2）时间短。
（3）工作表面摩擦系数、磨损低。
3）实现良好磨损的措施：
（1）表面初始面粗糙度合适，不可太低或太高。
（2）保证良好的润滑
（3）制订科学的磨合程序（步骤）。
二.磨损机理（重点）
摩擦不是产生磨损的唯一原因
磨损包括：粘着、磨粒、腐蚀、疲劳四种磨损方式。
1. 粘着磨损：
1）定义：在润滑条件下，两表面接触的金属形成粘着点/冷焊点，并被剪断， 不停的粘着剪断形成粘着磨损。
2）由轻到重的5种形式：
轻微磨损——涂抹——擦伤——撕裂——咬死
3）影响因素
a. 互溶性越好------粘着倾向越大
b.零件的材料晶体结构的影响：单晶体大于多晶体，单相合金大于多项合金；固溶体大于化合物，塑性大于脆性材料。
c. 金属的化学成分和力学性能:加入C、P或提高硬度和熔点可减少粘着磨损
d. 工作条件：负荷、速度、湿度、润滑
2. 磨粒磨损：
在润滑条件下，由硬颗粒或粗糙表面因切削和划伤造成的磨损
在所有磨损中约占50%
1）.机理：
2）.影响因素：a.运动材料的硬度。
b.磨粒的硬度（最关键）
c.磨粒的尺寸和形状
3. 腐蚀磨损：
1） 定义：运动表面被周围介质腐蚀（发生化学或电化学反应）而脱落，再造成磨粒磨损，即腐蚀和磨损共同作用。
2） 分类
a. 氧化磨损：不断地产生氧化膜，并脱落而（发生化学反应）磨损；（氧或氧化性物质存在）
b. 特殊介质腐蚀磨损
与酸、碱、盐发生电化学作用，脱落腐蚀磨损（腐蚀速度比氧化磨损快）
c. 微动磨损
定义：两紧密连接面因微小振动，并在化学电化学或交变应力作用下的磨损。
特点：机理复杂，包含四种磨损机理，是复合磨损。
发生部位：紧配件。
4. 疲劳磨损 表面疲劳磨损
定义：两接触面在交变应力作用下，表面疲劳材料脱落的磨损现象。
发生部位：齿轮、滚动轴承、 凸轮等。
提高金属表面粗糙度等级可有效地提高零件的抗疲劳能力

第三节 活塞环与气缸套的摩擦磨损
一. 摩擦形式
1. 行程中部易形成液体摩擦，上下止点间形成边界润滑 （缸套）
2. 抗氧化添加剂增加滑油保持油膜的能力。
二. 活塞环和气缸套的磨损
1.活塞环和气缸套的磨损
(1) 磨粒磨损:呈拉痕状;第一道环及缸套上部磨粒磨损最严重
(2) 粘着磨损:具有不均匀、不规则的沟纹；发生在缸套的上（上止点）、下（气口）部，上部最严重
(3) 腐蚀磨损：缸壁布满疏松的细小孔穴；缸套上部最严重，酸多，润滑油少中和能力差
2.活塞环和气缸套的正常磨损
（1）正常磨损的特征
a. 表面特征：环光滑无毛刺较清洁等；缸套内表面清洁光滑无明显拉痕檫伤等
b. 最大磨损部位（最大缸径）在缸套上部，气缸套缸径上大下小呈喇叭状。
c. 缸套内表面光滑
d. 参数：缸套的最大磨损量〈0.4%----0.8%缸径〉
缸套的正常磨损率：铸铁小于0.1mm/kh；镀铬0.01-----0.03mm/kh。
活塞环的正常磨损率：小于0.1---05mm/kh
（2）正常磨损原因
a.缸套上部高温、速度低、润滑不良
b.燃烧时产生磨粒
c.缸套上部条件接近硫酸露点，腐蚀大
3.缸套的异常磨损
（1）异常磨损的特点
a.磨损率高：铸铁大于0.1mm/kh，活塞环大于0.5mm/kh。
b.缸套内表面异常。
c.磨损颗粒大：可达25---30um。（正常为小于1um〉
d.六种缸位纵剖面异常分析（P27. 图2-7）

a：正常磨损；bcd：磨粒磨损；e：粘着磨损；fg：腐蚀磨损
（2）原因
1） 燃油含硫、灰分高或燃烧质量差。
2） 冷却水温过高或过低（正常水温：出口在85—95C）。
3） 滑油碱度与燃油不匹配。
三. 环与缸套的磨合
运动部件更换其中一只以上，使用前就必须进行磨合。
1. 磨合良好的标志： 从扫气口检查（二冲程机）。
a. 缸套内表面光滑、清洁无拉痕等
b. 活塞环外表面有一圈发亮的磨合带，且在环槽内活动自由。
2. 实现良好磨合的因素：
1） 滑油：a.不同阶段使用碱值不同的滑油。

b.加大滑油注油量。
2） 活塞环：a.外表面磷化、氧化、镀锡/铜，形成化合物膜或镀层。
b.外表面喷钼
缸套：磷化处理，松孔镀铬，表面珩磨或波纹切削加工。
3） 科学的磨合程序
负荷由小到大，转速由低到高
四. 减少气缸套磨损的途径。
1.制造安装工艺
2.日常管理使用
a.燃油品质合适；燃烧质量好。
b.保证良好的润滑。
c.保持合适的水温
d.保持正常的配合

第四节 曲轴和轴承的摩擦磨损
1.轴转速太高，滑油易发热；转速太低，油膜不易建立
2.主轴承下瓦、连杆轴承上瓦因承载大，不能开油槽
（二冲程机主轴承下瓦长期受压；连杆大端轴承上瓦长期受压）
3.直列式连杆大端负载较主轴承大，磨损大；V形机则相反
4.曲轴轴颈轴向磨损不均导致圆柱度误差，曲柄销较主轴颈大；周向磨损不均导致圆度误差，
5.减小曲轴磨损的途径
a.避免频繁启动
b.保证滑油的质量
c.注意安装间隙和几何形状
d.保证装配质量