故障类型及影响分析概述

    （1）故障。故障一般是指元件、子系统、系统在规定的运行时间、条件内，达不到设计规定的功能。

　　系统或产品发生故障有多方面原因，以机电产品为例，从其制造、产出和发挥作用，一般都要经历规划、设计、选材、加工制造、装配、检验、包装、贮存、运输、安装、调试、使用、维修等多个环节，每一个环节都有可能出现缺陷、失误、偏差与损伤，这就有可能使产品存在隐患，即处于一种可能发生故障的状态，特别是在动态负载、高速、高温、高压、低温、摩擦和辐射等苛刻条件下使用，发生故障的可能性更大。

　　一般机电产品、设备常见故障类型见表1。

表1　一般机电产品、设备常见故障类型

 

　　对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响应及时了解和掌握，才能正确地采取相应措施。若忽略了某些故障类型，这些类型故障可能因为没有采取防止措施而发生事故。例如，美国在研制NASA卫星系统时，仅考虑了旋转天线汇流环开路故障而忽略了短路故障，结果由于天线汇流环短路故障使发射失败，造成1亿多美元的损失。

　　掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际工作经验，特别是通过故障类型和影响分析来积累经验。

　　（2）故障的影响

　　从安全角度来说，事故、灾害是指“故障引起的人身伤亡和物质财产的损失”。也就是说，故障是事故、灾害的原因。一个系统或产品从正常发展成事故有一个过程：

　　正常→异常→征兆状态→故障→事故。

　　征兆状态是指，即使判断为异常，还未达到故障以至事故与灾害状态。通过观测、检测、监视这种征兆状态可收集到征兆信息，利用征兆信息，可以诊断、预测故障与事故。

　　讨论故障时不能离开功能、时间和条件三个因素。

　　① 功能。系统或产品发生故障，即丧失功能。其原因就是下级发生故障或不正常（其症状或现象称为故障模式）。上级和下级的层次概念，除考虑原对象的物理、空间关系外，应主要考虑功能联系及其重要性方面的问题。

　　故障模式若从可靠性定义来说，一般可从五个方面来考虑：运行过程中的故障：提前动作；在规定的时间不动作；在规定的时间不停止；运行能力降低、超量或受阻。

　　② 条件。在研究系统或产品的故障时，首先应了解其具有的功能及内部状态如何，是否有内部缺陷和劣化的因素，是否由于环境条件或所受应力的作用正在劣化或损伤扩展。故障原因分为即：

　　诱发故障的内因 – 内部原因、缺陷等；

　　直接造成故障的外因 – 外部应力、人员差错、环境条件、使用条件变化等。

　　③ 时间

　　考虑到故障对功能的影响时，必然要提出系统或产品的保证期是多少？故障大概在什么时间发生？在t=0时，功能当然正常，但在某个时间以后就可能出现问题。而且，故障发生的难易程度也是随时间变化的。故障模式及影响分析不是按时间序列进行分析的，这是它的不足之处。

　　④ 概率

　　在故障模式及影响分析中，一般要评定相对发生频率等级。如果有过去的各种数据，在故障模式、影响及致命度分析中利用故障率数据，可以对故障后果作出客观的评价。

　　（3）故障模式、原因、机理及效应

　　① 故障模式。故障模式是从不同表现形态来描述故障的，是故障现象的一种表征，即由故障机理发生的结果 - 故障状态。表5-1例出了一些故障模式。但产品不同，故障模式也不同。

　　如机床、汽车、起动设备等机械产品的故障模式表现为磨损、疲劳、折断、冲击、变形、破裂等。某些机电产品的故障模式举例如下。

　　水泵、涡轮机、发电机的故障模式有：误起动、误停机、速度过快、反转、异常的负荷振动、发热、线圈漏电、运转部分破损等。

　　容器的故障模式有：泄漏、不能降温、加热、断热、冷却过分等。

　　热交换器、配管类的故障模式有：堵塞、流路过大、泄漏、变形、振动等。

　　阀门、流量调节装置的故障模式有：不能开启或不能闭合、开关错误、泄漏、堵塞、破损等。

　　电力设备的故漳模式有：电阻变化、放电、接地不良、短路、漏电、断开等。

　　计测装置的故障模式有：信号异常、劣化、示值不准、损坏等。

　　支承结构的故障模式有：变形、松动、缺损、脱落等。

　　齿轮的故障模式有：断裂、压坏、熔触、烧结、磨耗（损等）。

　　滚动抽承的故障模式有；滚动体轧碎、磨损、压坏、腐蚀、烧结、裂纹、保持架损坏等。

　　滑动轴承的故障模式有：腐蚀、变形、疲劳、磨损、胶合、破裂等。

　　电动机的故障模式有：磨损、变形：发热、腐蚀、绝缘破坏等。

　　环境应力造成的故障模式见表2所示。

表2环境影响和故阵模式