磨損失效分析方法

1. 機床刀具磨損，一般都採用什麼方法檢測

刀具狀態檢測方法可分為直接測量法和間接測量法。

1.直接測量法
直接測量法能夠識別刀刃外觀、表面質量或幾何形狀的變化，一般只能在不切削時進行，它有兩個明顯的缺點：一是要求停機檢測；二是不能檢測出加工過程中出現的刀具突然破損。國內外採用的刀具磨損量的直接測量法有：電阻測量法、刀具工件間距測量法、光學測量法、放電電流測量法、射線測量法、微結構鍍層法及計算機圖像處理法。
（1）電阻測量法
該方法利用待測切削刃與感測器接觸產生的電信號脈沖，來測量待測刀具的實際磨損狀態。該方法的優點在於感測器價格低廉，缺點是感測器的選材必須十分注意，既要有良好的可切削性，又要對刀具壽命無明顯的影響，而且工作不太可靠，因為切屑和刀具上的積屑可能引起感測器接觸部分短路，從而影響精度。
（2）刀具工件間距測量法
切削過程中隨著刀具的磨損，刀具與工件間的距離減小，此距離可用電子千分尺、超聲波測量儀、氣動測量儀、電感位移感測器等進行測量。但是這種方法的靈敏度易受工件表面溫度、表面品質、冷卻液及工件尺寸等因素的影響，使其應用收到一定限制。
（3）光學測量法
光學測量法的原理是磨損區比未磨損區有更強的光反射能力，刀具磨損越大，刀刃反光面積就越大，感測器檢測的光通量就越大。由於熱應力引起的變形及切削力引起的刀具位移都影響檢測結果，所以該方法所測得的結果並非真實的磨損量，而是包含了上述因素在內的一個相對值，此法在刀具直徑較大時效果較好。
（4）放電電流測量法
將切削力刀具與感測器之間加上高壓電，在測量迴路中流過的（弧光放電）電流大小就取決於刀刃的幾何形狀（即刀尖到放電電極間的距離）。該方法的優點是可以進行在線檢測，檢測崩齒、斷刀等刀具幾何尺寸的變化，但不能精確地測量刀刃的幾何尺寸。
（5）射線測量法
將有放射性的物質摻入刀具材料內，當刀具磨損時，放射性的物質微粒就會隨切屑一起通過一個預先設計好的射線測量器。射線測量器中所測得的量是同刀具磨損密切相關的，射線劑量的大小就反映了刀具磨損量的大小。該法的最大弱點是放射性物質對環境的污染大，對人體健康非常不利。此外，盡管此法可以測量刀具的磨損量，並不能准確地測定刀具切削刃的狀態。因此，該法僅適用於某些特殊場合，不宜廣泛採用。
（6）微結構鍍層法
將微結構導電鍍層同刀具的耐磨保護層結合在一起。微結構導電鍍層的電阻隨著刀具磨損狀態的變化而變化，磨損量越大，電阻就越小。當刀具出現崩齒、折斷及過度磨損現象時，電阻趨於零。該方法的優點是檢測電路簡單，檢測精度高，可以實現在線檢測。缺點是對微結構導電鍍層的要求很高：要具有良好的耐磨性、耐高溫性和抗沖擊性能。
（7）計算機圖像處理法
計算機圖像處理法是一種快捷、無接觸、無磨損的檢測方法，它可以精確地檢測每個刀刃上不同形式的磨損狀態。這種檢測系統通常由CCD攝像機、光源和計算機構成。但由於光學設備對環境的要求很高，而實際生產中刀具的工作環境非常惡劣（如冷卻介質、切屑等），故該方法目前僅適用於實驗室自動檢測。

2.間接測量法
間接測量法利用刀具磨損或將要破損時的狀態對不同的工作參數的影響效果，測量反映刀具磨損、破損的各種影響程度的參量，能在刀具切削時進行檢測，不影響切削加工過程，其不足之處在於檢測到的各種過程信號中含有大量的干擾因素。盡管如此，隨著信號分析處理技術、模式識別技術的發展，這一方法己成為一種主流方法，並取得了很好的效果。國內外採用的刀具磨損的間接測量法有：切削力測量法、機械功率測量法、聲發射、熱電壓測量法、振動信號及多信息融合檢測。
（1）聲發射信號測量法
聲發射技術用於監測刀具的磨、破損是近年來聲發射在無損檢測領域方面新開辟的一個應用領域。其原理是當固體材料在發生變形、斷裂和相變時會引起應變能的迅速釋放，聲發射就是隨之產生的彈性應力波。當刀具破損時可檢測到幅值較高的AE信號。聲發射刀具監控技術被公認是一種最具潛力的新型監控技術，進入80年代以來，國內外致力於開發和應用該技術，已獲得較大成果。早在1977年Iwatak和Moriwaki提出了用聲發射技術對刀具磨損進行在線檢測。在此基礎上，Moriwaki提出了聲發射刀具破損檢測方法。Kannatey-Asibu和Dornfeld從理論上研究了聲發射信號的頻譜特徵，並結合模式識別方法實現了對刀具破損的在線監測。我國聲發射監測技術研究盡管起步較晚，但發展迅速。黃惟公採用包絡分析法求取刀具磨損中聲發射信號的包絡線，用時序模型的參數作為特徵值，通過神經網路對刀具磨損方程進行辨識，實驗證明效果良好；李曉利對鏜削過程中的典型AE信號進行FFT分析，通過在頻域里AE信號幅值的變化反映刀具磨損狀態；袁哲俊對切削過程中的聲發射信號進行小波包分解，獲取信號各頻段的能量分布，以此作為信號特徵，並建立基於模糊推理的快速神經網路模型識別刀具磨損狀態。由日本Murakami Giken公司研製的chip-55A型刀具破損監控儀採用聲發射監控技術，實施對加工過程中刀具狀態的監控，該產品與其公司生產的數控銑床配套使用，效果良好。
（2）切削力信號測量法
切削力變化是切削過程中與刀具磨、破損狀態最為密切相關的一種物理現象。採用切削力作為檢測信號，具有拾取容易，反應迅速、靈敏等優點，是在線方法中研究較多、很有希望突破的一種方法，所以是加工中心和FMS中測量刀具破損的常用方法。
基於切削力的監測方法，採用的監測數據主要有切削分力，切削分力比，動態切削力的頻譜和相關函數等。當刀具破損時，切削力變化敏感。當刀具破損較小時，刀具切削刃不鋒利，使切削力增強:當產生崩刃或斷刀時，切削深度減少或沒有，使切削力劇減。在監測切削力時，在X,Y,Z三個方向上同時對Fx,Fy,Fz三個分力進行測量，依靠裝在每個電機上的伺服放大器測量出進給電機和主軸電機的電流變化，並把電流變化傳給力閥，在顯示器上讀出被測量的力，從而判斷刀具是否破損。1977年，日本東京電機大學的村幸辰從理論和實驗兩方面深入研究了不同加工條件和刀具磨損狀態下各切削力的變化規律，發現在一定條件下切削分力比是一個能靈敏反映刀具磨損變化的特徵量，據此他提出了切削力比監測法；1984年，Lan和Dornfeld的研究表明，切向力和進給力對刀具破損具有較高的敏感性；Shiraishi等通過對加工過程的測量、檢測和控制技術的對比研究指出刀具失效的力監測法是最有潛力的方法，有著廣闊的工業應用前景，扭矩監測和切削力法一樣具有相同的研究價值；成剛虎採用了頻段均方值法通過切削力監測刀具的磨損狀態；萬軍利用切削力模型和最小二乘法實現模型自動跟蹤加工過程特性變化，從而獲取刀具磨損量。在切削力監控技術方面具有代表性的成果是瑞典Sandvik Coromant公司推出的TM-BU-1001型刀具監控儀，該系統採用的力感測器可安裝於主軸軸承、進給絲杠，可設置三個門限，一旦超限自動報警。
（3）功率測量法
功率測量法也是工業生產中應用潛力很大的方法。該方法是通過測定主軸負荷功率或電流電壓相位差及電流波形變化等來確定切削過程中刀具是否破損。該方法具有信號檢測方便，可以避免切削環境中切屑、油、煙、振動等因素的干擾，易於安裝。潘建岳在對加工中心鑽削過程功率信號分析的基礎上，提出並採用功率數據的歸原處理方法，以此建立了鑽頭磨損在線監控系統；劉曉勝將回歸分析技術和模糊分類相結合，建立了鏜削切削參數與電流之間的數學模型，間接的反映刀具磨損量與鏜削切削參數的內在聯系，並利用功率信號識別刀具磨損量；郭興提出一種基於人工神經網路的銑刀破損功率監控方法，建立了一個銑刀破損功率監控系統，實驗表明該系統能夠靈敏的檢測出刀具破損並實施監控。袁哲俊系統的研究了切削過程中刀具異常對主電機功率影響的規律，提出了用主電機功率的瞬時值、導數值、靜態平均值和動態均方值等多個參數綜合監控鑽削過程刀具異常狀態；萬軍利用離散自回歸AR模型對功率信號進行處理，其模型參數通過適應演算法在每個信號采樣時刻進行遞歸修正，以適應切削狀況，同時為了區別刀具磨損和切削條件改變引起的功率信號變化，文章引入了歸一化偏差處理，當刀具切出工件時其歸一化偏差明顯比刀具磨損時歸一化偏差的變化要小，監控時設報警門限，當歸一化偏差超限時，即刻報警，具有良好的效果。成功應用電機功率監控技術具有代表性的廠家是美國Cincinnati milacron公司，該公司開發的刀具監控系統與本公司生產的馬刀系列立式加工中心配套使用。
（4）工件尺寸測量法
加工中刀尖磨損或破損必然會引起工件尺寸發生變化，通過測量工件己加工表面的尺寸變化量，可以間接判斷出刀具的磨損、破損情況。從測量方式看，有接觸工件測量的接觸式和測量刀具工件之間間隙的非接觸式兩類。測量工件尺寸方法的優點在於能直接定量給出刀具徑向磨損或破損值，並可與加工精度的在線、實時補償結合起來，保證加工質量，實現精加工中刀具磨損、破損監測的最終目標。其缺點在於，實時測量易受測試環境干擾，冷卻液、切屑等影響測量結果;加工中工件、刀具的熱膨脹和受力變形、主軸回轉精度、進給運動精度、振動等因素也會直接影響測量的精度。此外，在加工變截面工件時，要求感測器進行准確的跟蹤定位，由此也會帶來定位的誤差，並增加了實現的難度。
（5）切削溫度測量法
切削熱也是金屬切削過程中的一個重要物理現象，刀具的磨損和破損將導致切削溫度的驟增。測量切削溫度有三種方式:(l)刀具一工件組成的自然熱電偶，可以測出切削區的平均溫度，不同的刀具、工件材料需進行標定;(2)固定在刀體內某點，由兩種金屬絲組成的熱電偶，測出的是距離刀刃一定距離處某點的溫度，存在溫度變化時響應慢、事先准備費時的問題。(3)紅外攝像系統，可測出切削區溫度場分布，具有靈敏度高，響應時間短的特點，但儀器復雜、成本高，聚焦困難，難以測出切削覆蓋處的刀具溫度。
（6）刀具與工件接觸處電阻測量法
測量原理可分為兩種:一種是根據刀具磨損使刀具與工件接觸面積增大而引起接觸電阻減小的效應，這種方法受切削用量影響較大並有絕緣要求；二是在刀具後刀面上貼一層薄膜導體，它隨著刀具磨損而消耗，根據其電阻的變化可知刀具後刀面的磨損量。此方法精度高，但需每把刀具都粘貼薄膜電阻，且在高溫、高壓下薄膜電阻易脫落。該方法應用於實際工況，目前還不太現實。
（7）振動頻率測量法
刀具在切削過程中，工件與磨損的刀刃部側面摩擦，會產生不同頻率的振動。對這種振動的監測有兩種方法:一是把振幅分成高低兩部分，在切削過程中對此兩部分振幅進行對比;二是把振幅分成幾個獨立的幅帶，用微處理機對這些幅帶進行不斷地記錄及分析，即能監測出刀具後刀面的磨損程度。美國國家標准局自動化研究所在鑽削加工中利用振動信息方面取得了成功的經驗。研製成的系統是利用裝在工件上的加速度感測器對振動信息進行時效分析，識別鑽頭的磨損並判斷鑽頭的折斷。
（8）工件表面粗糙度測量法
隨著刀具磨損程度的增加或破損的發生，工件己加工表面的粗糙度將呈增大趨勢，據此可間接評價出刀具的磨損或破損狀況。測量工件表面粗糙度的方法也可分為兩類。一類是劃針式接觸測量，可直接得出表面粗糙度的評價參數R。此類方法僅適於靜態測量。目前，絕大多數此類方法僅適用於計量室或實驗室環境。另一類是非接觸式光學反射測量，得出的是工件表面粗糙度的相對值，自動監測中通常採用光纖感測器和激光測試系統兩種類型。此類方法測試效率高，可以不留痕跡地測量軟質材料的工件表面，但事先需採用樣品標定，受切削液、切屑、工件材質、振動等的影響較大。當前還達不到實際應用水平。
（9）電流信號測量法
該方法簡稱MCSA，利用感應電動機的定子電流作為信號分析的切入點，研究其特徵與故障的對應關系。其基本原理是：隨著刀具磨損的增大，切削力矩增大，機床所消耗的功率增大或電流上升，故 可實現在線檢測刀具磨損。MCSA具有測試便利、信息集成度高、傳動路徑直接、信號提取方便、不受加工環境的影響、價格低、易於移植等特點，在機床這種傳動系統封閉、一般感測器比較困難安裝的場合，應該是一種值得探索的方法。
（10）熱電壓測量法
熱電壓測量法利用熱點效應原理，即兩種不同導體的接觸點在受熱時，將在兩導體的另一端之間產生一個電壓，這個電壓的大小取決於導體的電特性 及接觸點與自由端之間的溫度差。當刀具和加工工件是由不同材料構成時，在刀具與工件之間就可以產生一個與切削溫度相關的熱電壓。這個電壓就可以作為刀具磨損量的一個度量，因為隨著刀具磨損量的增大，熱電壓也隨之增大。該方法的有點是價格便宜，精度較高，使用簡便，特別適用於高速加工區，缺點是對感測器材料及精度要求高，只能進行間隔式檢測。

2. （你妹）失效分析

一、名詞解釋：
1、失效：零件在使用時失去規定的性能。
2、失效分析：通常是指對失效產品為尋找失效原因和預防措施所進行的一切技術活動，也就是研究失效現象的特徵的規律，從而找出失效的模式和原因。
3、韌性：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。
4、應力集中：零件截面有急劇變化處，就會引起局部地區的應力高於受力體的平均應力。
5、故障樹分析：分析各種事件之間的邏輯關系，分清正常事件和異常事件，再找出失效原因。
6、斷口的宏觀分析：是指用肉眼或放大倍數一般不超過30倍的放大鏡及實物顯微鏡，對斷口表面進行直接觀察和分析的方法。
7、斷口的微觀分析：藉助試驗儀器對物質成分微觀結構進行分析。
8、磨損與腐蝕：磨損：當相互接觸的零件表面有相對運動時，表面的材料粒子由於機械的、物理的和化學的作用而脫離母體，使零件的形狀、尺寸或重量發生變化的過程稱之為磨損；腐蝕：金屬與環境介質發生化學或電化學作用，導致金屬的損壞或變質。
9、疲勞斷裂：零件在交變載荷下經過較長時間的工作而發生斷裂的現象。
10、過載斷裂：當工作載荷超過金屬構件危險截面所能承受的極限載荷時，構件發生的斷裂。
11、氫致脆性斷裂：由於氫而導致金屬材料在低應力靜載荷下的脆性斷裂。
二、選擇與填空：
1、失效產品的一般類別及失效分析目的：
過量變形失效、斷裂失效、表面損傷失效
2、殘余應力的定義，分類及消除的方法：
定義：金屬加工過程中由於不均勻的應力場、應變場、溫度場和組織不均勻性，在變形後的變形體內保留下來的應力。
分類1：⑴殘余壓應力 ⑵殘余拉應力
分類2：⑴熱處理殘余應力 ⑵表面化學熱處理引起的殘余應力 ⑶焊接殘余應力 ⑷鑄造殘余應力 ⑸塗鍍層引起的殘余應力 ⑹切削加工殘余應力
消除的方法：⑴去應力退火 ⑵回火或自然時效處理 ⑶機械法
3、過載斷裂與疲勞斷裂斷口的形貌特徵？
4、應力集中定義及計算。
5、疲勞斷裂的影響因素及預防方法。
影響因素：設計不合理，材料選擇不當，加工製造缺陷 ⑴零件的結構形狀 ⑵表面狀態 ⑶材料及其組織狀態 ⑷裝配與連接效應 ⑸使用環境 ⑹載荷頻譜
預防：⑴延緩疲勞裂紋萌生的時間 ⑵降低疲勞裂紋的護展速率 ⑶提高疲勞裂紋門檻值的長度
6、能識別簡單的故障樹符號及在故障樹中找出故障零部件。
三、簡答題：
1、能列舉生活中常見的失效現象並說明原因及類別？
失效現象：扭曲、拉長、彈性元件發生永久變形。原因：由於在一定載荷條件下發生過量變形，零件失去應有功能，不能正常使用。
2、能列舉產品生產過程中的加工缺陷，並能舉出每種缺陷中的幾種常見類型？
鑄造缺陷：疏鬆、縮孔、氣孔、夾雜物等
鍛造缺陷：折疊、裂紋、分層、過燒與過熱等
熱處理缺陷：氧化、脫碳、過燒過熱、內氧化
金屬零件冷加工缺陷：表面粗糙、深溝痕、鱗片毛刺
焊接缺陷：焊接裂紋、過燒、氣孔、夾渣
3、結合自己的觀點闡述失效分析這門課在現實生活中的作用或意義。
⑴失效分析的社會經濟效益 a、失效分析造成巨大的經濟損失 b、質量低劣、壽命短暫導致重大經濟損失 c、提高設備運行和使用的安全性
⑵失效分析有助於提高管理水平和促進產品質量提高
⑶失效分析有助於分清責任和保護生產者利益
⑷失效分析是修訂產品技術規范及標準的依據
⑸失效分析對材料科學與工程的促進作用

3. 某材料出現了斷裂和磨損失效,請分別分析這兩種失效形式與材料的哪些力學性能

斷裂失效形式和材料的強度有關，當受力超過材料的強度極限時，材料發生斷裂。磨損失效形式和材料的硬度有關，硬度越低，越容易發生磨損。

4. 磨損失效類型有幾種如何防止零件各類磨損失效

磨損失效類型有跑合磨損、穩定磨損、劇烈磨損。

防止零件各類磨損失效方法

1、潤滑。在兩摩擦表面問充以潤滑油，可大大減小摩擦系數，從而促使摩擦阻力減小，使機械磨損減低。故機器的運轉有無潤滑油以及正確選擇潤滑材料，合理制定潤滑制度以及加強潤滑管理都是很重要的，它對機器的使用壽命影響很大。

2、表面加工質量。機件經過加工後，其摩擦表面不可能得到理想的幾何形狀，總要留下切削工具的刀痕或砂輪磨削的痕跡而構成凹凸狀的不平度。一般情況下，表面加工粗糙的，開始磨損較快。

當磨到一定時間，不平度大致消除後，磨損便減慢下來，故表面加工精度的要求應根據零件工作的特點來選擇，不要盲目追求過高的加工質量。實驗指出，過於光滑的表面不一定具有好的耐磨性能，因為這時潤滑油不能形成均勻的油膜，兩接觸面容易發生黏結，反而使耐磨性變壞。

3、材料。材料的耐磨性主要取決於它的硬度和韌性。材料的硬度決定於金屬對其表面變形的抵抗能力。但過高的硬度易使脆性增加，使材料表面產生磨粒的剝落。而材料的韌性可防止磨粒的產生，提高其耐磨性能。

另外，增加材料的化學穩定性還可以減少腐蝕磨損。增加材料本身的孔隙度可以蓄積潤滑劑，從而減少機械磨損，提高零件的耐磨性。不同材料有不同的機械性能，相同的材料採取不同的熱處理方式可使其機械性能得到改善。因此合理的選用材料和熱處理方式對減少機械磨損是很有意義的。

4、安裝檢修的質量。安裝零件的正確性對機器壽命有很大的影響，如不正確地擰緊軸承蓋與軸承座的連接螺釘、兩結合面不對中、配合表面不平以及軸承間隙調整得不合適等，都能引起單位載荷在表面上不正確的分布或者產生附載入荷，因而使其磨損加快。

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按照表面破壞機理特徵，磨損可以分為磨粒磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損等。前三種是磨損的基本類型，後兩種只在某些特定條件下才會發生。在跑合磨損階段與穩定磨損階段無明顯磨損。當表層達到疲勞極限後，就產生劇烈磨損，滾動軸承多屬於這種類型。

跑合磨損階段磨損較快，但當轉入穩定磨損階段後，在很長的一段時間內磨損甚微，無明顯的劇烈磨損階段。一般特硬材料的磨損（如刀具等）就屬於這一類。某些摩擦副的磨損，從一開始就存在著逐漸加速磨損的現象，如閥門的磨損就屬於這種情況。

5. 機械零件的失效都有哪些形式及原因

疲勞破壞是機械零件失效的主要原因之一。機械零件的失效的形式如下：

1、整體斷裂。

2、過大的殘余變形。

3、零件的表面破壞。

4、破壞正常工作條件引起的失效。

機械零件常見三種類型

1、過量變形失效：零件因變形量過大超過允許范圍而造成的失效。它主要包括過量彈性變形、塑性變形和高溫下發生的蠕變等失效形式。

2、斷裂失效：因零件承載過大或疲勞損傷等原因而導致分離為互不相連的兩個或兩個以上部分的現象。

3、表面損傷失效：零件工作時由於表面的相對摩擦或受到環境介質的腐蝕在零件表面造成損傷或尺寸變化而引起的失效。它主要包括表面磨損失效、腐蝕失效、表面疲勞失效等形式。

6. 滾動軸承的幾種失效形式的分析

滾動軸承主要的失效的形式：

1、磨損失效

2、疲勞失效

3、腐蝕失效

4、斷裂失效

5、壓痕失效

6、膠合失效

滾動軸承磨損是軸使用過程中常見的設備問題，主要是由軸的金屬特性造成的：金屬雖然硬度高，但是退讓性差（變形後無法復原）、抗沖擊性能差、抗疲勞性能差，因此容易造成粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、微動磨損等。

大部分的軸類磨損不易察覺，只有出現機器高溫、跳動幅度大、異響等情況時，才會引起察覺，但是到人們發覺時，大部分滾動軸都已磨損，從而造成機器停機。

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滾動軸承按照結構可分為：

1、深溝球軸承

深溝球軸承結構簡單，使用方便，是生產批量最大，應用范圍最廣的一類軸承。它主要用於承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷。當軸承的徑向游隙加大時，具有角接觸軸承的功能，可承受較大的軸向載荷。應用於汽車，拖拉機，機床，電機，水泵，農業機械，紡織機械等。

2、滾針軸承

滾針軸承裝有細而長的滾子（滾子長度為直徑的3~10倍，直徑一般不大於5mm），因此徑向結構緊湊，其內徑尺寸和載荷能力與其他類型軸承相同時，外徑最小，特別適用與徑向安裝尺寸受限制的支承結構。根據使用場合不同，可選用無內圈的軸承或滾針和保持架組件。

此時與軸承相配的軸頸表面和外殼孔表面直接作為軸承的內.外滾動表面，為保持載荷能力和運轉性能與有套圈軸承相同，軸或外殼孔滾道表面的硬度.加工精度和表面和表面質量應與軸承套圈的滾道相仿。此種軸承僅能承受徑向載荷。

例如：萬向節軸，液壓泵，薄板軋機，鑿岩機，機床齒輪箱，汽車以及拖拉機機變速箱等 。

3、角接觸軸承

角接觸球軸承極限轉速較高，可以同時承受經向載荷和軸向載荷，也可以承受純軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角決定，並隨接觸角增大而增大。多用於：油泵、空氣壓縮機、各類變速器、燃料噴射泵、印刷機械 。

4、調心球軸承

調心球軸承有兩列鋼球，內圈有兩條滾道，外圈滾道為內球面形，具有自動調心的性能。可以自動補償由於軸的繞曲和殼體變形產生的同軸度誤差，適用於支承座孔不能保證嚴格同軸度的部件中。該種軸承主要承受徑向載荷，在承受徑向載荷的同時

亦可承受少量的軸向載荷，通常不用於承受純軸向載荷，如承受純軸向載荷，只有一列鋼球受力。主要用在聯合收割機等農業機械，鼓風機，造紙機，紡織機械，木工機械，橋式吊車走輪及傳動軸上。

5、調心滾子軸承

調心滾子軸承句有兩列滾子，主要用於承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。該種軸承徑向載荷能力高，特別適用於重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷；調心性能良好，能補償同軸承誤差。

主要用途：造紙機械、減速裝置、鐵路車輛車軸、軋鋼機齒輪箱座、破碎機、各類產業用減速機等等。

6、推力球軸承

推力球軸承是一種分離型軸承，軸圈"座圈可以和保持架"鋼球的組件分離。軸圈是與軸相配合的套圈，坐圈是與軸承座孔相配合的套圈，和軸之間有間隙。 推力球軸承只能承受軸向負荷，單向推力球軸承只能承受一個方向的軸向負荷，雙向推力球軸承可以承受兩個方向的軸向負荷。

推力球承受不能限制軸的徑向位移，極限轉速很低。單向推力球軸承可以限制軸和殼體的一個方向的軸向位移，雙向軸承可以限制兩個方向的軸向位移。主要應用於汽車轉向機構,機床主軸。

7、推力滾子軸承

推力滾子軸承用於承受軸向載荷為主的軸.經向聯合載荷，但經向載荷不得超過軸向載荷的55%。與其它推力滾子軸承相比，此種軸承摩擦因數較低，轉速較高，並具有調心能力。29000型軸承的滾子為非對稱型球面滾子，能減小棍子和滾道在工作中的相對滑動

並且滾子長.直徑大，滾子數量多載荷容量大，通常採用油潤滑，個別低速情況可用脂潤滑。在設計選型時，應優先選用。 主要應用於水力發電機, 起重機吊鉤,等等 。

8、圓柱滾子軸承

圓柱滾子軸承的滾子通常由一個軸承套圈的兩個擋邊引導，保持架.滾子和引導套圈組成一組合件，可與另一個軸承套圈分離，屬於可分離軸承。此種軸承安裝，拆卸比較方便，尤其是當要求內.外圈與軸.殼體都是過盈配合時更顯示優點。

此類軸承一般只用於承受徑向載荷，只有內.外圈均帶擋邊的單列軸承可承受較小的定常軸向載荷或較大的間歇軸向載荷。 主要用於大型電機，機床主軸，車軸軸箱，柴油機曲軸以及汽車，托牢記的變箱等

9、圓錐滾子軸承

圓錐滾子軸承主要適用於承受以徑向載荷為主的徑向與軸向聯合載荷，而大錐角圓錐滾子軸承可以用於承受以軸向載荷為主的徑，軸向聯合載荷。此種軸承為分離型軸承，其內圈（含圓錐滾子和保持架）和外圈可以分別安裝。

在安裝和使用過程中可以調整軸承的經向游隙和軸向游隙，也可以預過盈安裝用於汽車後橋輪轂，大型機床主軸，大功率減速器，車軸軸承箱，輸送裝置的滾輪 。

10、帶座外球面球軸承

帶座外球面球軸承由兩面帶密封的外球面球軸承和鑄造的（或鋼板沖壓的）軸承座組成。外球面球軸承的內部結構與深溝球軸承相同，但此種軸承的內圈寬於外圈.外圈具有截球形外表面，與軸承座的凹球面相配能自動調心。

通常此種軸承的內孔與軸之間有間隙，用頂絲，偏心套或緊定套將軸承內圈固定在軸上，並隨軸一起轉動。帶座軸承結構緊湊，裝卸方便，密封完善，適用於簡單支承，常用於采礦.冶金.農業.化工.紡織.印染.輸送機械等。

參考資料來源：網路-軸承故障診斷

參考資料來源：網路-滾動軸承

7. 檢測刀具磨損和破損的方法有哪些

單台機床的加工，對刀具磨損和破損的監測，憑工人的經驗，尚能進行正常的生產，而對FMS、CIMS、無人化工廠，必須解決刀具磨損與破損的在線實時監測及控制問題。因為及時確定刀具磨損和破損的程度並進行在線實時控制，是提高生產過程自動化程度及保證產品質量，避免損壞機床、刀具、工件的關鍵要素之一。
監測原理監測參量的選取監測原理監測原理框圖監測刀具磨損和破損的方法很多，可分為直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法主要有：光學法、接觸電阻法、放射性法等。間接測量法主要有：切削力或功率測量法，刀具和工件測量法，溫度測量法，振動分析法，AE法，電機電流或功率測量法等。
比較現有的刀具磨損和破損的監測方法，各有優缺點，我們選取聲發射（AE）和電機電流信號作為監測參量。這是因為AE信號能避開機加工中雜訊影響最嚴重的低頻區，受振動和聲頻雜訊影響小，在感興趣區信噪比較高，便於對信號進行處理。響應速度快，靈敏度高；但重負荷時，易受干擾。而電機電流信號易於提取，能適應所有的機加工過程，對正常的切削加工沒有影響，但易受干擾，時間響應慢，輕負荷時，靈敏度低。這樣，同時選AE和電機電流為監測信號，就能利用這2個監測量的各自長處，互補不足，拓寬監測范圍，提高監測精度和判別成功率。
切削過程中，當刀具發生磨損和破損時，切削力相應發生變化，切削力的變化引起電機輸出轉矩發生變化，進而導致電機電流發生相應的變化，電流法正是通過監測電機電流的變化，實現間接在線實時判斷刀具的磨損和破損。AE是材料或結構受外力或內力作用產生變形或斷裂時，以彈性波形的形式釋放出應變能的現象。它具有幅值低，頻率范圍寬的特點。試驗及頻譜分析發現：正常切削產生的AE信號主要是工件材料的塑性變形，其功率譜分布，100kHz以下數值很大，100kHz以上較小。
當刀具磨損和破損時，100kHz以上頻率成分的AE信號要比正常切削時大得多，特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些。為此，應通過帶通濾波器，監測100-300kHz頻率成分AE信號的變化，對刀具磨損和破損進行監測。
利用AE、電機電流信號綜合對刀具磨損和破損進行判別的原理是：輕負荷區，依靠AE包絡信號，用閾值的方法進行判別；在中負荷區，這時電機電流和AE信號都起作用，用兩者結合的方法進行判別，提高判別的成功率，具體方法是：如果AE信號超過AE閾值，則置延時常數為ds（d的數值依賴於系統構成），如果在ds時間內，電流信號也超過電流信號的閾值，則判刀具極限磨損或破損。如果在ds時間內，電流信號未超過電流信號的閾值，則不報警，由延時常數繼續監測。這種以AE為先導，AE信號和電機電流信號進行「與」的判別模式，既利用了AE信號具有實時、靈敏的特點，又考慮了電機電流信號具有滯後的性質，具有較強的抗干擾能力，提高了判別成功率。在大負荷區，則以電機電流信號為主，AE信號為輔進行判別。

8. 材料失效分析的原因有哪些

材料失效分析的原因：

材料都具有一定的功能，如傳力、承受某種載荷等。當機械零件喪失它應有的功能後，則稱該零件失效。

造成失效的原因有很多，如斷裂、變形、表面磨損等。正確的失效分析是解決零件失效、提高承載能力的基本環節。失效規律及機理是材料強度研究的基礎，從材料角度研究失效原因，進而找到防止失效的有效途徑。

失效模式：

爆板、分層、短路、起泡，焊接不良，腐蝕遷移等。

常用手段

• 無損檢測：

外觀檢查，X射線透視檢測，三維CT檢測，C-SAM檢測，紅外熱成像

• 表面元素分析：

掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)

顯微紅外分析(FTIR)

俄歇電子能譜分析(AES)

X射線光電子能譜分析(XPS)

二次離子質譜分析(TOF-SIMS)

• 熱分析：

差示掃描量熱法(DSC)

熱機械分析(TMA)

熱重分析(TGA)

動態熱機械分析(DMA)

導熱系數(穩態熱流法、激光散射法)

• 電性能測試：

擊穿電壓、耐電壓、介電常數、電遷移

• 破壞性能測試：

染色及滲透檢測

9. 機械零件的失效形式有哪幾種

機械零件的失效是指零件在使用過程中，零件部分或完全喪失了設計功能。零件完全被破壞不能繼續工作；或零件已嚴重損壞，若繼續工作將失去安全；或雖能安全工作，但已失去設計精度等現象都屬於失效。
為了預防零件失效，需對零件進行失效分析，即通過判斷零件失效形式、確定零件失效機理和原因，有針對性地進行選材、確定合理的加工路線，提出預防失效的措施。
1、機械零件失效形式
機械零件常見的失效方式可以分為三種類型：過量變形失效、斷裂失效和表面損傷失效。
(1)過量變形失效：零件因變形量過大超過允許范圍而造成的失效。它主要包括過量彈性變形、塑性變形和高溫下發生的蠕變等失效形式。
(2)斷裂失效：因零件承載過大或疲勞損傷等原因而導致分離為互不相連的兩個或兩個以上部分的現象。斷裂是最嚴重的失效形式，它包括韌性斷裂失效、低溫脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效、蠕變斷裂失效和環境破斷失效等幾種形式。
(3)表面損傷失效：零件工作時由於表面的相對摩擦或受到環境介質的腐蝕在零件表面造成損傷或尺寸變化而引起的失效。它主要包括表面磨損失效、腐蝕失效、表面疲勞失效等形式。
需要指出，同一種機械零件在工作中往往不只是一種失效方式起作用。但是，一般造成零件失效時總是一種方式起主導作用。失效分析的核心問題就是要找出主要的失效方式。
2、機械零件失效的原因
引起機械零件失效的因素很多且較為復雜，涉及零件的結構設計、材料選擇、材料的加工製造、產品的裝配及使用保養等多個方面。
(1)設計不合理：主要是指零件結構和形狀不正確或不合理，如零件存在缺口、小圓弧轉角、不同形狀過渡區等。另一方面是指對零件的工作條件、過載情況估計不足，造成零件實際工作能力不足，致使零件早期失效。
(2)選材不合理：設計中對零件失效的形式判斷錯誤，所選的材料性能不能滿足工作條件需要；選材所依據的性能指標不能反映材料對實際失效形式的抗力，選擇了錯誤的材料；所選用的材料質量太差，成分或性能不合格導致不能滿足設計要求等都屬於選材不合理。
(3)加工工藝不合理：零件的加工工藝不當，可能會產生各種缺陷，導致零件在使用過程中較早地失效。如熱加工過程中出現過熱、過燒和帶狀組織；熱處理過程中出現脫碳、變形、開裂；冷加工過程出現較深的刀痕、磨削裂紋等。
(4)安裝使用不當：裝配和安裝過程不符合技術要求，如安裝時配合過緊、過松，對中不準，固定不穩等都可能導致零件不能正常工作或過早出現失效；此外，使用過程中違章操作、超載、超速、不按時維修和保養等也會造成零件過早出現失效。

10. 新版FMEA的七步法具體都是指的哪七步

第一步：規劃和准備

規劃和准備FMEA時，需要討論五個主題，分別是：

Intent目的——我們為什麼要做FMEA？

Timing時間安排——什麼時候完成？

Team團隊——需要包括哪些人？

Task任務——需要做哪些工作？

Tool工具——如何進行分析？

1. FMEA目的

FMEA的目的包括：

評估產品或過程中失效的潛在技術風險

分析失效的起因和影響

記錄預防和探測措施

針對降低風險的措施提出建議

對於醫療器械而言，使用FMEA目的就是要發現醫療器械的潛在風險，找到危險源，並且對危險源進行控制，以保證醫療器械產品的安全和有效。

2. FMEA時間安排

說起FMEA的時間安排，我們要先了解哪些情況下會使用FMEA。

新設計、新技術或新過程：針對新開發的的醫療器械，FMEA是要在一開始就要使用的工具。

現有設計或過程的新應用：醫療器械若是要宣稱新的預期用途或是適用部位，在宣稱之前就要考慮新的風險，FMEA正好派上用場。

對現有設計或過程的工程變更：為了滿足新法規的要求，醫療器械可能需要對原有的設計進行變更，在變更前需要分析變更是否帶來的新風險。

以上三種情況下，我們都是在產品或過程實施之前使用FMEA，所以FMEA需要一定的及時性，否則會影響整體的項目進程。FMEA作為系統分析和失效預防的方法，最好是在產品開發過程的早期階段啟動。

3. FMEA團隊

FMEA是一個系統的方法，在實施時通常需要一個團隊。團隊的成員必須要具備必要的專業知識，跟我們組建風險管理小組是一個道理。

醫療器械的FMEA的團隊需要哪些成員？

管理者：擁有決定權，決定風險和措施是否可接受，還要為項目進行提供必要的物力或人力保障。

項目推進人：關鍵是要做好團隊的協調和組織工作，醫療器械風險管理小組的組長比較對口這個角色。

設計開發工程師：如果醫療器械涉及不同的系統或工作原理，那就需要所有相關的設計開發工程師參與。

采購人員：對原材料以及相應供應商的選擇，采購最有發言權。

市場人員：包括負責售後維修、現場安裝等服務的人員，是企業直接接觸客戶的渠道，他們的信息同樣重要。

顧客代表：如果條件允許，可以邀請顧客代表參與，醫療器械首先要滿足客戶的需求。

供應商：有些醫療器械的部件是由供應商生產提供的，這個部件的供應商對他們生產的部件最為了解。

技術專家：醫療器械最終是用於臨床，所以臨床方面的專家的意見是一定要考慮的，這通常是大家容易忽略的問題。

FMEA團隊成員組成基於企業自身的條件，如何全面的考慮風險是最終目的。組建好團隊後，要分配成員的職責，可能某個角色的責任由不同人擔任，也有可能一人承擔多個職責。

4. FMEA任務

七步法提供了FMEA的任務框架和交付成果，我們會在之後的微課中跟大家分享。每個階段應該由專人評審完成的情況，確保每個任務都完成。

5. FMEA工具

目前有許多商業化的FMEA軟體可以用於FMEA的實施，FMEA手冊給我們也呈現了一款軟體的視圖，從視圖上可以看出，這個軟體也是按照七步法的過程進行的。

當然，採用哪種工具，取決於企業的需求，有實力的企業也可以自行開發。

第二步：結構分析

結構分析的目的

對於結構分析，同為FMEA分析的DFMEA和PFMEA，由於分析對象不同，進行結構分析的目的也是有所異同的：

不同點：

DFMEA的結構分析是為了將設計識別和分解成系統、子系統、組件和零件，以便進行技術風險分析。

PFMEA的結構分析是確定製造系統，並將其分解成過程項、過程步驟和過程工作要素。

相同點：

DFMEA和PFMEA進行結構分析都要識別每個分解項，以及相互關系，為下一步的功能分析打基礎。

結構可視化

為了更清楚識別每個分解項，最好的辦法是將結構可視化。對於DFMEA，是要將系統結構可視化，常用的方法是利用方塊圖/邊界圖、結構樹的方法。對於PFMEA，將結構可視化的方法是採用過程流程圖和結構樹。接下來，就為大家簡單介紹這幾種方法。

1.方塊圖/邊界圖

方塊圖/邊界圖是一種有用的工具，用來描述考慮中的系統及其相鄰系統、環境和顧客的介面。這里所指的顧客可能是最終用戶，也可能是後續或下游的製造過程。

方塊圖/邊界圖是用圖表展示組件之前的物理和邏輯關系，每個方框對應一個組件，直線對應產品組件之間的關系或相互介面，直線的箭頭標識流動的方向，虛線框用於定義分析的范圍。

方塊圖/邊界圖需要隨著設計的成熟不斷完善，製作的大體步驟分為六步：

1）描述組件和特性

2）調整方塊以顯示相互間的關系

3）描述連接

4）增加介面系統和輸入

5）確定邊界

6）增加相關細節以便確定圖表

2.流程圖

大家對於流程圖一定再熟悉不過了，生產工藝流程圖是我們常用的流程圖。

圖中是電動病床的生產工藝流程，每一個生產過程用流程圖的方法展現，就顯得非常清楚。

第五步：風險分析

上一個步驟是失效分析，我們分析了失效模式，並且找到失效影響和失效起因。接下來我們就要進行風險分析，風險分析的目的是通過對嚴重度、頻度和探測度評級進行風險評估，並對需要採取的措施進行優先排序。

嚴重度評級S

首先我們來看如何進行嚴重度評級，嚴重度是失效影響的嚴重程度，對於醫療器械而言是傷害發生的後果。FMEA手冊根據失效影響的大小，將嚴重度分成10級。

在DFMEA分析中，失效都是來自零部件或系統的失效，影響的是最終的產品。所以在進行嚴重度評級時，是看對產品的影響。對於醫療器械而言，就是要看器械的安全性和有效性是否被影響到。

在PFMEA分析中，失效分析的對象是過程，過程的失效可能會影響到下一個工序，下一層級的產品加工，最終影響到產品的功能。

頻度評級O

頻度是失效起因發生的頻率，對於醫療器械而言是傷害發生的概率。頻度的大小，跟是否存在預防控制和探測控制有關。採取的控制措施越多，那相應的發生失效的頻度就會越低。

預防控制提供信息或指導，是設計的輸入。DFMEA可能包括：法規和標準的要求、使用材料的標准、文件的要求、以往的經驗等等。PFMEA可能包括：SOP、設備維護、人員培訓等等。

探測控制描述的是已建立的驗證和確認的程序。DFMEA可能包括：功能性測試、環境測試、耐久性測試、實驗設計等等。PFMEA可能包括：隨機檢驗，功能檢驗、目測等等。

頻度的評級，按照手冊也同樣分成10級。

探測度評級D

探測度是失效起因和/或失效模式的可探測的程度，在於是否有有效和可靠的測試或檢驗方法探測到失效模式或失效起因。在進行探測度評級時，最主要是要看探測的方式是否成熟和探測的機會。比如：

測試或檢驗的方法都是通過了驗證的，那肯定比還沒有建立檢測方法要更具探測能力。

有的失效用目測就能觀察得到，肯定比需要儀器檢測的探測度要高。

探測度的評級也被分成10級。

措施優先順序AP

措施優先順序就是在採取降低風險之前，由於資源、時間、技術和其他客觀因素的限制，決定採取措施的優先順序。

判斷優先順序主要是通過S*O*D得到的數值大小，但是新版手冊對此有了新的規定，首先考慮的是嚴重度，其次是頻度，最後才是探測度，這與之前只比較數值的大小不同，避免出現相同數值的乘積而影響到優先順序排序。

最後兩步：優化和結果文件化

1.0 優化

首先我們分別從優化的目的和優化的實施來了解的FMEA分析的優化。

1.1 優化的目的

按照慣例，我們先要明確優化的目的。這是我們上一期風險分析給大家看過的FMEA的AP表，AP表確定的是措施優先順序。優化的目的就是在風險分析的基礎上，確定降低風險的措施並且評估這些措施的有效性。

降低風險就是要降低風險的嚴重度、降低風險發生的頻度或者是提高風險可探測度。

1.2優化的實施

在實施階段，需要做以下五個方面的工作：

確定降低風險的必要措施

分配職責和期限

實施措施

有效性評估

持續改進

確定降低風險的必要措施

我們前面說到，降低風險要從三個方面入手：嚴重度、頻度和探測度。根據採取措施優先順序的原理，優化的順序也是先要消除或減輕嚴重度，其次降低頻度，最後是提高探測度。

減輕嚴重度 是相對比較困難的，因為嚴重度通常都是定性的，很難從根本上降低事件的性質。但是也不是完全做不到，比如電擊的傷害最大可能是致死，我們可以將網電源的交流電改成蓄電池的直流電，在不影響器械安全和有效的情況下，嚴重度就大大降低了。

降低頻度 我們對設計和過程採取措施大部分是為了降低失效產生的頻度，比如內窺鏡光源可以採用更長壽命的冷光源，來增加光源使用的時間，從而降低光源失效的頻度；易磨損的機械部件採用了更耐磨的材質，增加了部件的使用的次數，從而就減少因這個部件磨損導致器械失效的頻度。

提高探測度 通過完善檢測能力，建立成熟的檢測方法來提高探測度。比如，在環氧乙烷滅菌過程中，加入環氧乙烷滅菌指示卡，可以提高探測度。

因為會涉及資源配備、人員配合等方面因素，制定的措施需要經過評審後再確定。

分配職責和期限

將降低風險的工作分配給團隊不同成員，並且規定完成的期限。

實施措施

措施實施是需要跟蹤執行的，措施的狀態有以下五種：

尚未確定 沒有確定的措施

尚未決策（可選） 措施已經確定，但還沒有決定，正在創建決策文件。

尚未執行（可選） 已對措施做出決定，但尚未執行。

已完成 已完成的狀態是指措施已經被執行，並且措施的有效性已經被證明和記錄，並已經進行了最終的評估。這類似於FMEA的關閉。

不執行 決定不執行某項措施

措施實施的狀態應該記錄，以便跟蹤管理。

有效性評估

當措施完成時，要重新評估頻度和探測度，看實施的措施是否降低頻度或者提升探測度。如果效果沒有達到目標（該目標是要企業自己設定），那就要嘗試採取新的措施，直到風險降低到可接受的水平。

持續改進

我們都知道風險管理是貫穿醫療器械的生命周期，所以對於風險的分析是要持續進行的，那就需要我們持續改進，降低器械的風險。

2.0 結果文件化

FMEA分析的第七步是結果文件化，其實結果文件化並不能算是單獨的步驟，因為在整個FMEA分析過程中，我們都要留下相應的記錄，這也是質量管理體系最基本的要求。新版的FMEA手冊在附錄中為我們提供了一系列的表單，有需要的話，大家可以將這些表單轉化成自己企業的記錄文件。

最終FMEA分析可以形成一系列的報告，可作為設計開發的輸入存在於設計開發文檔中。

3.0 回顧

經過了七期的內容，跟大家一起了解了FMEA的七步法，我們再簡單回顧一下。FMEA是失效模式影響分析的簡稱，是一種風險分析的一種方法，常用的是DFMEA和PFMEA。DFMEA是從設計角度分析，PFMEA是從過程分析，七步法包括：

規劃和准備

結構分析

功能分析

失效分析

風險分析

優化

結果文件化

經過七步法，我們可以一定程度上將器械的風險識別出，並且制定相應的措施降低風險的嚴重度和頻度，提高探測度，最終形成FMEA報告可以作為設計開發的輸入。