某型設(shè)備傳動(dòng)螺紋副“咬死”故障樹(shù)分析

周春麗，李立新

（中國(guó)航空動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002）

某型設(shè)備傳動(dòng)螺紋副“咬死”故障樹(shù)分析

周春麗，李立新

（中國(guó)航空動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002）

介紹了利用故障樹(shù)分析法對(duì)傳動(dòng)螺紋副“咬死”進(jìn)行故障診斷的方法。通過(guò)建立故障樹(shù)，對(duì)某型設(shè)備傳動(dòng)螺紋副“咬死”故障進(jìn)行了定性分析，方便的查找到了引起故障發(fā)生的原因。實(shí)踐證明，此方法簡(jiǎn)便、可靠和實(shí)用。

故障樹(shù)分析；螺紋副；咬死

故障樹(shù)分析(Fault Tree Analysis，簡(jiǎn)稱 FTA)，是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)可能造成系統(tǒng)故障的各種因素進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖，即故障樹(shù)，從而確定系統(tǒng)故障原因的各種組合方式和發(fā)生概率的一種分析技術(shù)，是一種將系統(tǒng)故障形成的原因由上至下按樹(shù)狀逐級(jí)細(xì)化的分析方法[1～2]。因?yàn)榉椒ê?jiǎn)單，概念清晰，容易被人們接受，所以它是對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)或使用中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析的常用工具。

壓緊螺母是轉(zhuǎn)子組件聯(lián)結(jié)常用的零件之一。螺紋副的失效將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)松動(dòng)，振動(dòng)增大，造成轉(zhuǎn)子與靜子碰磨，軸承載荷過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備破壞與報(bào)廢。本文使用故障樹(shù)分析法對(duì)某型設(shè)備傳動(dòng)螺紋副破壞故障進(jìn)行分析研究，找出事件的起因與形成過(guò)程，以加強(qiáng)壓緊螺母和軸螺紋的質(zhì)量控制。

1 傳動(dòng)螺紋副

某型自制設(shè)備使用壓緊螺母與傳動(dòng)軸的螺紋副進(jìn)行聯(lián)結(jié)，壓緊螺母螺紋為M24×1.5-4H5H，傳動(dòng)軸上螺紋為M24×1.5-4h6h。共生產(chǎn)了10對(duì)，其中4對(duì)傳動(dòng)螺紋副在分解時(shí)，螺紋副卡死，出現(xiàn)破壞。

2 故障樹(shù)分析

2.1 故障樹(shù)的建立

本文以傳動(dòng)螺紋副破壞為分析對(duì)象。分析過(guò)程中假設(shè)以下條件：各底事件相互獨(dú)立；不存在外界干擾因素。以“傳動(dòng)螺紋副‘咬死’”為頂事件建故障樹(shù)如圖1所示。故障樹(shù)中各符號(hào)的意義為：

（1）頂事件T，是指螺紋副“咬死”。

（2）中間事件M，包括：M1產(chǎn)品不合格；M2裝配不合格；M3設(shè)計(jì)不正確；M4材料不合格；M5加工不合格；M6未按工藝要求執(zhí)行；M7螺紋副大徑不符合設(shè)計(jì)要求；M8螺紋副中徑不符合設(shè)計(jì)要求；M9螺紋副小徑不符合設(shè)計(jì)要求；M10螺紋螺距不符合設(shè)計(jì)要求；M11螺紋牙形角不符合設(shè)計(jì)要求。

（3）底事件X，包括：X1由于工人失誤和檢驗(yàn)不到位導(dǎo)致的加工工藝有誤；X2由于工人失誤和檢驗(yàn)不到位導(dǎo)致的裝配工藝錯(cuò)誤；X3圖樣技術(shù)要求有誤；X4螺母螺紋標(biāo)準(zhǔn)及基本尺寸與軸螺紋標(biāo)準(zhǔn)及基本尺寸不匹配；X5螺母與軸是同種材料；X6原材料不合格；X7原材料代料；X8由于工人失誤和檢驗(yàn)不到位導(dǎo)致的擰緊力矩超差；X9由于工人失誤導(dǎo)致螺紋副有異物進(jìn)入；X10螺母螺紋大徑不合格；X11軸螺紋大徑不合格；X12螺母螺紋中徑不合格；X13軸螺紋中徑不合格；X14螺母螺紋小徑不合格；X15軸螺紋小徑不合格；x16螺母螺紋螺距不合格；X17軸螺紋螺距不合格；X18螺母螺紋牙形角不合格；X19軸螺紋牙形角不合格。

圖1 傳動(dòng)螺紋副”咬死”故障樹(shù)

2.2 故障樹(shù)定性分析

故障樹(shù)定性分析的目的在于尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因和原因組合，識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式，也就是求出故障樹(shù)的全部最小割集。

求最小割集的方法很多，常用的有上行法和下行法兩種。本文選用的是下行法，根據(jù)故障樹(shù)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，從頂事件開(kāi)始，逐級(jí)向下巡查，找出割集。按照邏輯關(guān)系進(jìn)行分析計(jì)算，得出該故障樹(shù)的最小割集共 19個(gè)，分別為：{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7}，{X8}，{X9}，{X10}，{X11}，{X12}，{X13}，{X14}，{X15}，{X16}，{X17}，{X18}，{X19}。由此可見(jiàn)，導(dǎo)致故障樹(shù)頂事件（傳動(dòng)螺紋副“咬死”）發(fā)生，有19種最低限度的基本事件組合，且均為單一基本事件。

最小割集定性地給出了底事件的重要度，在各個(gè)底事件發(fā)生概率比較小，其差別相對(duì)不大的條件下：階數(shù)越小的最小割集越重要；在低階最小割集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要；在同一最小割集階數(shù)的條件下，在不同小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的底事件越重要[3～6]。

從本故障樹(shù)最小割集可知，任一底事件的發(fā)生都會(huì)導(dǎo)致“傳動(dòng)螺紋副‘咬死’”故障的發(fā)生，而各底事件均只出現(xiàn)一次，且每一割集均為一階，所以每一底事件均很重要，均應(yīng)引起重視。

2.3 故障樹(shù)分析實(shí)例

應(yīng)用前述故障樹(shù)，進(jìn)行“傳動(dòng)螺紋副‘咬死’”故障分析。經(jīng)過(guò)前4對(duì)壓緊螺紋副的生產(chǎn)加工和試驗(yàn)，可將加工工藝、裝配工藝等因素排除。首先檢查設(shè)計(jì)圖樣，發(fā)現(xiàn)軸與螺母為同一種材料，而同種材料的螺紋副容易出現(xiàn)咬死故障[7～8]，此基本事件應(yīng)為本次螺紋副”咬死”的一個(gè)影響因素。但考慮到前4對(duì)螺紋副工作正常，此基本事件應(yīng)為本次故障一個(gè)可能的因素。

核查設(shè)備檢修記錄，發(fā)現(xiàn)設(shè)備轉(zhuǎn)子檢修完全遵守檢修工藝要求，擰緊力矩也在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。通過(guò)初步分解檢查，可以排除螺紋副有異物進(jìn)入。

根據(jù)零件工藝卡和材料供應(yīng)合格證可知，壓緊螺母和軸的材料供應(yīng)合格。

根據(jù)上面的分析結(jié)果可知，螺紋基本尺寸不符合設(shè)計(jì)要求最有可能成為本次螺紋副“咬死”的主要原因。于是對(duì)傳動(dòng)軸和壓緊螺母計(jì)量檢查，傳動(dòng)軸和壓緊螺母各選取了2件，其中A為已破壞的傳動(dòng)軸，B為試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)工作正常的傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸計(jì)量檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 傳動(dòng)軸計(jì)量檢測(cè)結(jié)果

壓緊螺母時(shí)由于沒(méi)有合適的測(cè)量工具，未進(jìn)行螺紋中徑與大徑的測(cè)量，而是將壓緊螺母對(duì)半切開(kāi)，采用坐標(biāo)掃描，每個(gè)牙形掃描8點(diǎn)，得出整個(gè)螺紋的牙形。其中A為與破壞壓緊螺母同批次的壓緊螺母，B試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)工作正常的壓緊螺母，壓緊螺母計(jì)量結(jié)果如表2所示。傳動(dòng)軸牙形與正常牙形對(duì)比見(jiàn)圖2，壓緊螺母牙形與正常牙形見(jiàn)圖3，全螺紋牙形數(shù)據(jù)擬合如圖4所示。

表2 壓緊螺母計(jì)量檢測(cè)結(jié)果

圖2 傳動(dòng)軸牙形

圖3 壓緊螺母牙形

圖4 全螺紋牙形數(shù)據(jù)擬合

從表1可以看出，傳動(dòng)軸大徑Φ24.05超出了理論值Φ24，牙高0.865也不在理論值范圍之內(nèi)；從表2可以看出，壓緊螺母的小徑Φ22.375在理論值范圍內(nèi)，牙高0.8125在理論值范圍之內(nèi)，但是通過(guò)計(jì)算其大徑為Φ23.965不在理論值范圍之內(nèi)。從圖2～圖4中可以看出，傳動(dòng)軸與壓緊螺母牙形均有不符合設(shè)計(jì)要求的地方，其中傳動(dòng)軸螺紋牙形接近于齒形，使得螺紋中徑處尺寸不符合設(shè)計(jì)要求。壓緊螺母牙形底圓半徑過(guò)大，使得螺紋的大徑不符合設(shè)計(jì)要求。這些因素導(dǎo)致傳動(dòng)軸中徑與壓緊螺母中徑不匹配和傳動(dòng)軸大徑與壓緊螺母大徑不匹配，造成傳動(dòng)螺紋副“咬死”。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)分析和檢測(cè)結(jié)果，在加工過(guò)程中應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，同時(shí)為避免同種材料咬合的弊端，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行局部更改，壓緊螺母鍍銀。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，后續(xù)加工傳動(dòng)軸螺紋副工作正常。

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Fault Analysis on Screw Thread Pair of Com pression Nut in a Certain Equipment

ZHOU Chun-li，LILi-xin

（China Aviation on Power plantResearch Institute，Zhuzhou Hunan 412002，China）

Fault tree analysis（FAT）was adopted to diagnose the fault of screw thread pair of compression.A representative fault phenomenon was given as an example to build up the Fault Tree and qualitatively analyze,and method of fault shooting with FTA were introduced.The practice proves that themethod is convenient,reliable and practical.

fault tree analysis(FTA)；screw thread pair；screw stuch

TH131.3

B

1672-545X（2014）04-0150-03

2014-01-04

周春麗（1981－），女，遼寧鐵嶺人，工程師，碩士，研究方向?yàn)樵O(shè)備安全技術(shù)與管理。