船机检修技术授课教案.docx
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船机检修技术授课教案
《船机检修技术》教案一
第一章船机故障与现代维修理论
本章课程内容：
1．故障概述
2．可靠性理论
3．现代维修性理论
本章知识目标：
1．能叙述故障的机理和故障基本模式。
2．能够了解故障的分类方法和故障征兆，掌握一般的故障规律。
3．能够掌握可靠性和系统可靠性的基本概念。
4．能够了解现代维修性的基本概念以及现代维修方式。
5．了解现代维修方式的选择和现代维修的发展趋势。
本章能力目标：
1．能够运用一些设备的外部信息对机械设备状态进行分析和判断。
2．能够对一些简单船机设备进行故障规律分析。
3．能够对一些系统可靠性进行正确分析。
4．能够针对不同的船机系统选择适当的维修方式。
本章教学方法：
1．教学录像片
2．多媒体课件
3．事例分析
第一节故障概述
教学重点：
船机故障规律及故障率规律曲线
教学难点：
船机故障的分类
船机设备故障：
是指船舶系统、设备、机械或零部件凡不能完成其规定的功能、或其性能指标恶化至规定标准以外的一切现象。
故障是可靠性与可维修性的研究对象，是维修科学研究的内容。
一．故障模式
故障模式：
故障必定表现为一定的物质状况及特征，它们反映出物理、化学的异常现象，这些物质状况及特征称为故障模式。
船机设备的故障模式：
磨损、腐蚀和疲劳断裂等。
二．故障分类
1．按故障的性质分类
1）人为故障：
由于操作人员管理不当或行为过失引起的故障。
2）自然故障：
由于设备自身的原因，工作环境变坏，使用条件恶劣等造成的故障。
2．按故障的原因分类
1）结构性故障：
因结构设计上的缺陷、计算上错误或选材不合适等原因导致的故障。
2）工艺性故障：
由于制造、安装工艺问题或者质量的控制、检测不严等引起的故障。
3）磨损性故障：
由于长期运转，船机零件磨损使其性能参数逐渐达到极限值，船机性能变坏而发生故障。
4）管理性故障：
由于维护保养不良或违章操作等造成的故障。
3．按故障对船舶影响的程度分类
1）局部性故障：
由于船机设备产生局部故障导致设备的功能部分丧失。
2）重大性故障：
由于船机设备的严重故障导致设备的功能完全丧失，必须停航的故障。
3）全局性故障：
当船机设备出现异常严重的故障导致设备的功能丧失，造成船舶丧失航行能力的故障。
4．按故障的发生和发展过程的特点分类
1）渐进性故障
2）突发性故障
3）波及性故障（或称二次故障）
4）断续性故障
5．按故障发生的时期分类
1）早期故障
2）使用期故障（随机故障）
3）后期故障（老化期）
三．故障征兆
故障征兆就是故障在发生前会以不同形式的信息显示该故障即将发生，即故障先兆。
1．船机性能方面
1）功能异常
2）温度异常
3）压力异常
4）示功图异常
2．船机外观显示方面
1）外观反常
2）消耗反常
3）气味反常
4）声音异常
四．故障规律
简单机械设备的故障率与时间呈“浴盆曲线”关系，即故障率规律曲线。
图1-1故障率规律曲线（浴盆曲线）
图中横坐标表示时间t，纵坐标表示故障率（t）。
故障率（t）：
是指某完好设备在某时刻t后的单位时间内发生故障的概率。
1．早期故障期（磨合期）
特点是故障率较高，但随着使用时间的延长而迅速下降。
2．随机故障期（偶然故障期）
其特点是：
1）运转稳定，故障率低。
2）出现的故障为偶然因素引起的随机故障，是难以预料的。
3）随机故障期较长，是船舶机械的主要使用期。
3．磨损故障期（称晚期故障期）
特点是故障率随时间的延长而迅速升高。
五．故障的影响因素
1．设计
2．材料选择
3．制造质量
4．装配质量
5．合理维修
6．正确使用
1）载荷在规定的使用条件下，零件的磨损在单位时间内是与载荷的大小成直线关系。
2）环境它包括气候、腐蚀介质和其他有害介质影响，以及工作对象的状况等。
3）保养和操作由于船员素质，不具备适任资格或操作错误等致使机械和设备维护、保养不良而发生故障，大约80%是人为因素造成的。
《船机检修技术》教案二
第二节可靠性理论
教学重点：
可靠性研究的内容
教学难点：
系统的可靠性
一．可靠性理论概念
可靠性是评价系统和机械设备好坏的主要指标之—。
它是研究系统和机械设备的质量指标随时间变化的一门科学。
1．可靠性概念
机械设备的可靠寿命为确定维修中的最佳间隔期、备件数量等提供可靠的依据。
1）可靠性的定义
设备的可靠性：
是指“设备在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”。
规定条件：
是指设备的环境条件、使用工况、使用方法、以及维修条件等；
规定时间：
是指设备的工作期限，它可用时间的累积值表示，也可用距离、次数表示；
规定功能：
是指设备设计时赋予的工作性能，在工作参数处于规定范围内完成的给定工作。
船舶设备的可靠性，又分为固有可靠性、使用可靠性和环境可靠性三方面。
固有可靠性：
指船舶设备在设计、制造后所具有的可靠性。
使用可靠性：
是船舶设备在使用和维修过程中表现出来的可靠性。
环境可靠性：
是船舶设备在周围环境的影响下所具有的可靠性。
固有可靠性是机械设备所能达到的可靠性的最高水平。
2）可靠性研究的内容
（1）在可靠性理论方面主要研究可靠性指标定量化、可靠性分析法、可靠性准则及提高可靠性的方法等。
（2）在可靠性技术方面主要研究发生故障的机理、形式及危害性分析、寿命的确定与试验方法等。
（3）在可靠性管理方面包括制定有关可靠性的计划、制度、规范及情报资料、数据搜集与处理等。
3）研究可靠性的意义
能减少故障和维修工作量，延长设备的使用寿命；
解决对设备可靠性要求高与现代化复杂设备的可靠性下降之间的矛盾；
使人们很好地掌握故障机理和故障规律，全寿命地提高设备的可靠性和经济效益；
能保证船舶安全可靠地营运。
4）可靠性指标
（1）可靠度和不可靠度
可靠度R（t）可靠性用概率表示时称为可靠度。
0≤R（t）≤1。
不可靠度（累积故障率）F（t）设备在规定条件下，使用到某一时刻t时发生故障的累积概率。
可靠度与不可靠度构成一个完整事件组，即R（t）＋F（t）=1
（2）故障密度和故障率
故障密度设备在工作期间某时刻故障的变化速率。
故障率工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。
用λ（t）表示。
（3）平均寿命
从设备投入使用时的完好状态开始，一直使用至发生故障或失效为止所使用的时间。
二．系统可靠性
系统：
我们把由各种不同性质的若干个独立部件为完成某种功能结合起来而构成的一个整体称为系统。
1．串联系统
若组成系统的各个单元中，只要有一个发生故障，系统就不能完成规定的功能，这种系统称串联系统。
Rs=R1·R2·R3·....·Rn
2．并联系统
若组成系统的各个单元中，只要其中还有一个单元在起作用，就能维持整个系统继续工作，称为并联系统，又称冗余系统。
图1-4并联系统
a）工作储备并联系统b）非工作储备并联系统
Rs=1－Fs=1-F1F2F3...Fn=1-（1-R1）（1-R2）（1-R3）....（1-Rn）
并联联接备用通常采用下面几种方式：
一种为固定式联接热态（在负荷下）备用。
一种为固定式联接冷态（在无负荷下）备用。
3．表决系统
表决系统是在由n个部件组成的并联冗余系统中，若有r个部件同时工作时，就认为系统为正常工作。
4.混联系统（串并联组合系统）
一种是串并联系统
一种是并串联系统
《船机检修技术》教案三
第三节现代维修性理论
教学重点：
以机械设备的实际技术状态为基础的视情维修方式
教学难点：
三种维修方式的特点
维修：
是对船舶机械和设备维护与修理的统称。
维护：
也称为技术保养，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；
船舶修理：
或称修船，是当船舶机械和设备受到内部因素如设计、材料、制造和安装工艺等或外部环境的影响，使其技术性能下降、状态不良或发生故障而失效时，为了保持或恢复其原有的技术性能所采取的技术措施。
一．维修科学
维修科学始于20世纪40年代，到70年代才形成一套完整的学科体系。
维修科学是以现代科学技术为基础，适用于各行业机械设备维修的通用科学。
现代维修是对机械设备或零部件进行全寿命维修。
机械设备和零件的全寿命包括：
论证、设计、制造、使用和淘汰五个阶段。
现代维修是由维修论证、可靠性与可维修性设计、可维修性检验、维护与修理、淘汰处理等部分组成的。
故障使船舶丧失功能，而维修使船舶保持或恢复功能。
对于故障与维修的研究形成了维修科学。
可靠性理论是研究故障规律的理论；维修性理论是研究如何易于发现和排除故障的理论。
二．维修性的概念
1．维修性概念
1）维修性定义
维修性：
是指已发生故障的机械和设备，在规定的条件下，在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定的使用条件下完成规定功能的能力。
维修性是船舶机械和设备的一种固有特性，是由设计、制造等决定的。
定义中规定的条件：
是指选定了合理的维修方式，准备了维修用的测试仪器及装备和相应的备件、标准、技术资料，由一定技术水平和良好劳动情绪的维修人员进行操作。
定义中规定的时间：
是指限定的维修时间，即寻找、识别机械设备故障开始，直至检查、拆卸、清洗、修理或更换、安装、调试、验收，最后达到完全恢复正常功能为止的全部时间。
定义中规定的功能：
是指设备原有的技术性能。
2）研究维修性的意义
船舶维修的目的是迅速而又经济地保持和恢复船舶机械和设备的可靠性。
研究船舶维修性还具有以下的意义：
（1）船舶在海上设备发生故障后，船员能够及时修复，保证船舶继续航行；
（2）船舶航行中设备发生故障后能及时有效地修复，将大大弥补设备可靠性的不足；
（3）船舶设备的定型化、标准化、通用化和可维修性设计，是实现维修生产工业化的条件。
船舶良好的维修性可由下列几点来衡量：
（1）所需的维修机械和设备数量少，维修的次数少；
（2）因维修造成的停航时间少；
（3）机械和设备的保养、维修时间间隔长，即维修周期长；
（4）保养和维修工时少；
（5）对船员的维修技能要求不高；
（6）维修工具简单和通用化程度高；
（7）备件数量少；
（8）便于检查、调整和拆换。
3）维修性指标
（1）维修度M（t）
可修复设备在规定条件下进行维修，在规定的时间内完成维修工作使设备保持或恢复能完成规定功能的概率称维修度，用M（t）表示。
（2）修复率μ（t）
当修理时间已到达某时刻但尚未修复的设备，在该时刻后的单位时间内完成修理工作的概率，用μ（t）表示。
（3）延续时间指标
该指标主要包括：
平均事后维修时间故障发生后，整个修理过程所需要的时间即为事后维修时间。
平均预防维修时间是完成预防维修项目所用的平均时间，即预防维修总时间与预防维修次数的比值。
平均维修时间包括事后维修和预防维修所需要的平均延续时间，即维修总时间与维修次数的比值。
后勤保障延误时间是因等待备件、材料、运输等所延误的时间。
行政管理延误时间是由于行政管理性质的原因使维修工作不能按时进行而延误的时间。
维修停机时间是发生故障所需要的停机修复时间，包括平均维修时间、后勤保障延误时间和行政管理延误时间。
（4）有效度A（t）
设备在规定使用条件下和规定时间内保持正常使用状态的概率称有效度。
有效度=正常工作的时间
正常工作的时间+维修停机时间
三．现代维修方式
1．维修思想
维修思想是人们对维修的客观规律的正确反映，是对维修工作总体认识，其正确与否直接影响维修工作的全局。
1）“事后维修为主”的维修思想
2）“以预防为主”的维修思想
船舶采用定期预防维修的特点：
（1）按船舶的实际航行情况，有计划地、定期对船舶及设备进行轮流修理、检查。
（2）每次进行计划修理的项目应保证设备工作到下一个计划修理期。
（3）根据各类统一安排的修理间隔期，在间隔期内又安排各种维护保养工作作为预防性维护措施。
3）“以可靠性为中心”的维修（RCM）思想
2．维修方式
现代船舶维修基本都是以预防性维修为主。
预防性维修：
是指为了防止机械设备发生故障，在故障发生前有计划地进行一系列维修，确保设备正常运行；
故障维修：
是在故障发生后进行的维修。
现代船舶维修方式有以下几种方式：
1）定时维修方式
定时维修方式主要适用于：
（1）故障机制带有明显的时间相关性，故障特征随时间变化，主要故障模式是磨损且有一定规律；
（2）在使用期内，机件出现预期耗损故障，根据磨损规律，能测出即将发生故障时间；
（3）对一些重要的机件很难检查和判断其技术状况时，定期维修是有效的方式。
定时维修的优点：
是能够在使用运转时间的基础上方便地建立起一套预防性修理系统，达到以预防为主的目的；
防止和减少紧急故障产生，使生产和修理工作均能有计划地进行；
有较好的预防故障作用，简便易行，可进行长周期的计划安排。
定时维修的缺点：
对磨损以外的其他故障模式，如疲劳、锈蚀未能考虑在内。
为了达到预防的目的，尽量避免故障的发生，保险系数取值趋于偏大，修理频率高，间隔短，机械设备的利用率低，经济效益不好；
修理时都是采用大拆大卸方法，使拆卸次数增多，不利于充分发挥机件的固有可靠性，甚至导致故障的增加。
2）视情维修方式
视情维修：
又称按需维修，它是指不确定机械、设备的维修期，而是通过不断地监控设备的运转状况和定量分析其状态，按照实际情况来确定维修时间，从而避免故障的发生。
采用视情维修应具备的条件是：
必须进行视情设计，为开展视情维修提供先决条件；
有能够反映设备技术状态的参数，标准图谱、临界参数、检查孔等；
以现代监控手段，配置各种先进的无损检测仪器及与电子计算机相连的终端显示装置等，以进行保护和预警，防止故障发生。
视情维修是理想的预防维修方式。
视情维修是以机械设备的实际技术状态为基础的，通常有三种类型：
（1）定期检测，视情维修
（2）状态监测，视情维修
状态监测视情维修适用于：
①属于耗损故障的机件，有如磨损那样缓慢发展的特点，能估计出量变到质变的时间；
②难以依靠人的感官和经验去发现故障，又不允许对机械设备任意解体检查；
③对那些机件故障直接危及安全，且有极限参数可监测；
④除本身有测试装置外，必须有适当的监控或诊断手段，能评价机件的技术状态。
采用状态监测视情维修的方式必须有如下重要的先决条件：
①机械故障的发生不具有非常明确的规律性：
②有准确且有效的检测方法和技术，可以测试到缺陷及故障的存在；
③从发现故障的征兆开始到故障出现之间的故障潜在时间有足够的长度，使修理和排除故障的措施能够实现；
④对被监测的机械能够进行分解，有排除故障的可能性；
⑤机械设备在生产中的地位，使其有可能在故障被发现时采取措施排除故障。
（3）冗余设计，视情维修
3）事后维修方式
事后维修：
又称故障维修或损坏维修，它不控制维修时期，只是在设备发生故障或损坏后才进行的维修，以恢复原来的功能为目的。
事后维修方式的缺点：
停机时间长；
停机造成的损失大；须充分准备人力、工具备件等维修资源；
修理无计划，修理内容、时间长短及安排等问题都带有很大的随机性。
事后维修方式的优点：
修理费用较低；
对修理管理的要求也低；
可缩小维修组织。
3．维修方式的选择
维修方式的选择应从故障发生后的安全性、经济性考虑。
选择维修方式一定要结合具体情况对不同的机械选用不同的维修方式。
三种主要维修方式的特征。
三种维修方式的特征
序号
特征
定时维修
视情维修
事后维修
1
维修性质
预防性
预防性
非预防性
2
维修对象
一个项目
一个项目
一个或几个项目
3
维修判据
定期进行全面分解，检修或更换，有可能对不该检修的也进行维修
事先不断监控项目的状态，按状态更换或维修
事后不断监控项目的状态变化，按结果采取相应措施
4
基本条件
数据或经验
视情设计、资料、控制手段、检测参数、参数标准
数据或经验
5
检查方法
分解
不分解
分解
6
适用范围
影响严重、对安全有危害、且发展迅速、无条件视情的耗损故障
影响严重、对安全有危害、且发展缓慢并有条件视情的耗损故障
对安全无直接危害的偶然故障、规律不清楚的故障、故障损失小于预防维修费用的耗损故障
7
维修费用
接近事后维修费用，备件量过多
需要高的投资和经常性费用
有充分准备的维修资源，需要一定费用
四．现代维修的发展趋势
1．视情维修的方式已经被公认为维修方式中最新的、效率最高的一种。
2．新的维修技术及零件修复技术的发展，对维修工作也起了很大的推动作用。
3．在维修管理方法上，运用现代化的管理方法来建立和完善合理的人工管理系统，尤其是应用计算机的管理系统将普遍实现。
4．在船舶维修体系上，采用适合于经济发展状况的维修体系。
本章课后习题：
1．船机零件的主要故障模式有哪些？
2．按故障的发生和发展过程的特点对故障进行合理分类？
3．什么是船机零件的早期故障期？
4．故障发生时的主要征兆有哪些？
5．简述船机故障的一般性故障规律和各个故障期的特点？
6．影响船机设备的故障因素主要有哪些方面？
7．什么是船机设备的可靠性？
8．什么是设备的系统可靠性？
什么是串联系统、并联系统、表决系统？
9．要做好设备维修工作的三个基本条件是什么？
10．什么是设备的维修性？
如何衡量设备具有良好的维修性？
11．什么是定时维修方式、视情维修方式和事后维修方式？
12．如何根据故障性质正确选择维修方式？
《船机检修技术》教案四
第二章摩擦与润滑
本章课程内容：
1．金属表面特征
2．摩擦
3．润滑
本章知识目标
1．能了解金属表面的几何特征和金属零件表面层的结构。
2．了解金属表面边界膜的形式和金属表面接触特性。
3．能正确描述摩擦的基本类型、机理、摩擦的实质以及影响摩擦的因素。
4．了解润滑的基本分类方法。
5．掌握干摩擦和液体润滑的原理、润滑的方式和一般润滑系统。
本章能力目标
1．能正确利用测量数据，分析金属零件的表面形貌。
2．能够针对不同的金属，分析其表面层的基本结构。
3．能够正确分析滑动轴承建立液体动压的过程。
4．能够根据不同的设备状况，正确使用不同的润滑方式。
本章教学方法：
1．教学录像片
2．多媒体课件
3．事例分析
4。
实物演示
第一节金属表面特征
教学重点：
各种结构形式的边界膜的特点及性质
教学难点：
金属表面的接触特性
摩擦是一种表面效应，两个物体相对运动时所遇到的摩擦阻力主要取决于该表面的状态，即表面的几何特性和物理化学特性。
一．金属零件表面的几何特性
零件表面的这种凸凹不平的几何形状，称之为表面形貌。
表面上凸起处称为波峰，凹下处称为波谷。
相邻的波峰与波谷间的距离称为波幅H，相邻波峰或相邻波谷间的距离称为波距（或波长）L。
图2-1金属零件的表面形貌
1．宏观偏差（或称形状误差）它是不重复的或不规则的宏观变化。
L／H>1000。
2．中间偏差（或称波纹度）它是呈周期性变化的偏差。
L／H在50～1000。
3.微观偏差（或称粗糙度）它是表面波纹上的微观几何偏差。
L／H<50。
表面粗糙度直接影响零件摩擦表面的实际接触面积的大小和实际压强的大小。
两个表面接触时，实际接触面积远远小于名义接触面积。
二．金属零件表面层的结构
经过机械加工的金属表层表面自表向里分成外表层和内表层。
外表层包括：
污染层、吸附层、氧化层；
内表层包括：
加工硬化层与没有受到影响的金属基体相连，同时各层的厚度也不一样。
图2-2 金属表面层结构示意图
零件金属表面层在结构上与其基体的不同，金属表面的性能与基体也不同。
三．金属表面的边界膜
表面膜可分成四种形式：
物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜和氧化膜。
各种结构形式的边界膜的特点及性质如下：
物理吸附膜：
是由分子吸引力使极性分子定向排列，吸附在金属的表面。
吸附膜在高温下会脱附。
主要适用于常温、低速、轻载的场合。
化学吸附膜：
是由极性分子的有价电子与基体表面的电子发生交换而产生的化学结合力，使极性分子定向排列，吸附在金属表面上。
在高温时吸附性能可能会发生变化。
主要适用在中等温度、速度、载荷。
化学反应膜：
是由硫、磷、氯等元素与金属表面进行化学反应，生成金属膜。
这种金属膜的熔点高、剪切强度低。
因是在高温条件下生成的，所以较适用于重载、高温、高速的场合。
氧化膜：
是金属表面由于结晶点阵原子处于不平衡状态，化学活性比较大，与氧反应形成氧化膜。
由于它在室温下无油纯净金属表面氧化而成，所以只能起到瞬时润滑的作用。
四．金属表面的接触特性
1．表面接触的概念
在相同条件下，实际接触面积愈大，则摩擦力愈大。
当两个物体在载荷作用下相互靠近、相互接触时，最先接触的是两表面上对应的微凸体高度的最大部位。
载荷的增加，其他微凸体也相继对应地进入接触，开始是弹性变形，随着两表面靠得更近，微凸体将发生塑性变形。
2．固体表面的接触面积
固体表面接触时通常具有三种不同的接触面积。
1）名义接触面积（An）
物体的宏观面积An=a×b，被定义为名义接触面积，即在平面接触下，具有理想光滑的物体的接触面积。
2）轮廓接触面积（Ac）
两物体在外载荷作用下相互挤压时，接触表面上波纹度的波峰因承载而被压扁的区域所形成的面积总和叫做轮廓接触面积。
3）实际接触面积（Ar）
它指的是物体接触时各微凸体发生变形而产生的微接触面积的总和。
实际接触面积仅占名义接触面积的极小一部分，Ar=（0.01～0.001）An。
实际接触面积决定着粗糙表面分子间相互作用力的范围。
3．固体接触表面的温度
固体表面相互摩擦时，动能转变为热能，使物体表面温度升高。
摩擦表面的温度随载荷及速度增加而升高，并与导热系数大小成反比。
第二节摩擦
教学重点：
摩擦的机理
教学难点：
摩擦时表面上发生的现象
—.摩擦的定义
两个物体相互接触，在外力的作用下，发生相对运动或具有相对运动趋势时，接触面之间就会产生切向的运动阻力和阻力矩，这种现象叫做摩擦。
这种阻止两物体相对运动或相对运动趋势的作用力和力矩分别称为摩擦力和摩擦力矩。
摩擦消耗大量的有用功，产生大量的热使物体温度升高并产生磨损。
出现或发生摩擦现象的三个充分和必要条件：
有两个物体或物体的两个部分；
要相互接触即相互作用又相互约束；
有相对运动或运动的趋势。
二．摩擦类型
1．摩擦的分类
摩擦可根据摩擦副的运动状态、运动形式和表面润滑状态进行分类。
（1）按摩擦副的运动状态分为静摩擦和动摩擦。
（2）按摩擦副的运动形式分为滚动摩擦和滑动摩擦。
（3）按摩擦副的表面润滑状态分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。
干摩擦是摩擦表面间没有任何润滑剂时的摩擦，摩擦系数较大，约为0.1～0.5之间或更高。
边界摩擦是在边界润滑条件下，摩擦表面间有一层极薄的润滑油膜时的摩擦。
边界油膜的厚度仅为0.1μm，摩擦系数为0.05～0.5。
液体摩擦是摩擦表面间有一层边界膜和流体膜的润滑剂时，摩擦表面不能直接接触，摩擦发生在润滑剂分子之间的摩擦。
摩擦系数最小，仅为0.001～0.01。
混合摩擦是摩
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