故障樹模式分析與排除某設(shè)備搖臂復(fù)位故障

摘要：本文通過建立故障樹，列出彈簧扭力偏小、螺栓阻礙襯套運動等2項基本事件，經(jīng)過計算和運動機理分析，在故障現(xiàn)象難以復(fù)現(xiàn)的情況下找出了搖臂機構(gòu)故障原因。

關(guān)鍵詞：故障樹；彈簧；計算；運動機理

1.故障現(xiàn)象

某設(shè)備出廠驗收時需進行各項功能檢測，其中一項振鈴檢測可測試設(shè)備內(nèi)電路是否導(dǎo)通從而判斷其能否正常工作。某批次設(shè)備出廠驗收時發(fā)現(xiàn)有兩臺設(shè)備做振鈴檢測時振鈴未響，工作信號燈未亮。經(jīng)檢查將故障定位為設(shè)備內(nèi)搖臂未正常復(fù)位。

2.故障分析

搖臂復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位動作由彈簧產(chǎn)生，復(fù)位時搖臂及襯套繞螺栓運動一定角度。通過對搖臂運動機理的分析建立故障樹（見圖1）：

圖1 故障樹

針對可能導(dǎo)致事件A發(fā)生的各種原因，列出了2種基本事件。

2.1彈簧扭力偏小C1

搖臂所用彈簧為串聯(lián)雙扭結(jié)構(gòu)，鋼絲直徑d=2.1mm，扭簧中徑D2=8.4mm，有效圈數(shù)n =4（單邊為4圈，總8圈），a1=36mm， a2=23mm。（見圖2）

圖2 彈簧示意圖

首先由公式（a1 +a2）≥0.09πD2n來判斷扭臂的變形是否考慮。

a1 +a2=36+23=59mm，0.09πD2n =0.09×π×8.4×4= 9.49536 mm

可以看出（a1 +a2）>0.09πD2n所以應(yīng)該考慮扭臂變形。

按考慮扭臂變形時的計算公式計算：

單邊扭矩P`rd=21000×2.34/[3667×8.4×4+389×（36+23）] [1]

當旋轉(zhuǎn)到45°時力矩M= P`rd×45°×2= 27 kgf·m

通過該公式計算可以得出彈簧扭矩滿足指標要求。同時，對庫存50件彈簧及包含故障設(shè)備所用彈簧在內(nèi)的同批次20件彈簧力矩進行了重新復(fù)驗，均符合（245—343N.m）設(shè)計要求。

因此，彈簧扭矩偏小可以排除。

2.2螺栓阻礙襯套運動D1

螺栓為搖臂的轉(zhuǎn)動軸，通過螺紋連接在終端開關(guān)機構(gòu)殼體上（見圖3）。在搖臂復(fù)位時，搖臂及襯套會繞螺栓轉(zhuǎn)動（搖臂與襯套為過盈配合，視為一整體）。螺栓上如有突起，與襯套內(nèi)壁接觸時在彈簧內(nèi)圈的壓力下可能產(chǎn)生較大阻礙，影響搖臂轉(zhuǎn)動靈活性。檢查本批次故障設(shè)備，發(fā)現(xiàn)其螺栓中部有環(huán)形劃痕，放大鏡觀察搖臂軸套內(nèi)壁可在相應(yīng)位置發(fā)現(xiàn)環(huán)形劃痕，懷疑為螺栓上毛刺在裝配過程中掉落，形成多余物卡滯在軸套中造成。用此零件重新裝配后搖臂無法復(fù)位問題不再復(fù)現(xiàn)，為進一步驗證，檢查生產(chǎn)線上和庫存的80多件螺栓，發(fā)現(xiàn)6件有螺紋突起毛刺， 而所有螺栓外圓、襯套內(nèi)孔尺寸經(jīng)檢查均合格。從中挑選了2件螺栓，重新裝配了兩套終端開關(guān)機構(gòu)組件，進行手動測試，未發(fā)現(xiàn)搖臂無法復(fù)位現(xiàn)象；再將這兩件螺栓拆除后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一次裝配后螺紋根部的毛刺突起已被摩擦掉。

圖3 螺栓突起示意圖

因此，雖然故障現(xiàn)象沒有復(fù)現(xiàn)，但通過故障樹模式方法進行排除并結(jié)合運動機理分析，確定該設(shè)備內(nèi)搖臂無法復(fù)位的原因為：螺栓阻礙襯套運動，即螺栓上收尾螺紋的突起毛刺阻礙搖臂及襯套運動。

3.故障排除

3.1毛刺生成機理

螺栓車出外形后用板牙M4×0.7-6e制螺紋，板牙制螺紋與車刀制螺紋最大的區(qū)別就是在板牙收尾退出點會形成明顯的毛刺點，大概高度為0.1mm以上（按板牙情況核定），只能用細銼刀沿外圓平推去掉毛刺。毛刺會隨裝配進入襯套，螺栓與襯套配合間隙經(jīng)核算為0.05～0.225mm，如果毛刺包絡(luò)尺寸小于0.05mm，則在裝配后因小于間隙下限不影響襯套轉(zhuǎn)動；如果毛刺包絡(luò)尺寸在0.05～0.225mm之間，則裝配后在間隙中會產(chǎn)生一定的摩擦力，而彈簧隨著彈性開口的變大，彈力逐漸變小，當彈力與摩擦力持平時，則停止轉(zhuǎn)動，從而使搖臂復(fù)位失效。

3.2處理措施

完善工藝規(guī)程，明確螺栓去除毛刺工步并增加檢驗工序；所有螺栓全部報廢，重新加工。

參考文獻：

[1]聞邦椿.機械設(shè)計手冊：第3卷.5版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.1.

作者簡介：張煜（1983-），男，湖北襄陽人，研究方向：機電工程。