機(jī)械設(shè)備因公差配合引起的故障問題及其維修技術(shù)探討

孫梅

摘要：現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)和維修中，配合公差的選用對(duì)產(chǎn)品的裝配和使用起著重要作用。由于公差配合及裝配方式的不同，在生產(chǎn)實(shí)踐中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障。通過有效手段診斷潛在故障并及時(shí)予以排除，是現(xiàn)代維修技術(shù)中所要解決的一個(gè)重要課題。本文將針對(duì)機(jī)械設(shè)備因公差配合引起的故障問題及其維修技術(shù)進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備 公差配合 故障 維修技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH124 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5349（2017）08-0193-02

機(jī)械設(shè)備故障，是指機(jī)械的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)偏離了它的正常工作狀況。機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程中，主要采用分散加工、集中裝配這兩種方式來提高生產(chǎn)效率，這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)這也要求機(jī)械設(shè)備零件具有互換性，這里并不是要求每個(gè)零件都精確加工成特定的尺寸，只要能在規(guī)定的尺寸范圍內(nèi)使用即可。而“配合”指的是基本尺寸相同的孔和軸相互結(jié)合的公差帶之間的關(guān)系。

一、影響機(jī)械設(shè)備故障產(chǎn)生的原因

影響機(jī)械設(shè)備故障產(chǎn)生的因素很多，譬如：設(shè)計(jì)規(guī)劃、材料選擇、制造質(zhì)量、裝配質(zhì)量。在設(shè)計(jì)規(guī)劃中，首先對(duì)機(jī)械設(shè)備即將工作條件要有準(zhǔn)確的評(píng)估，掌控其中可能出現(xiàn)的變異狀況，對(duì)設(shè)計(jì)圖和技術(shù)文件要嚴(yán)格掌控。在材料選擇方面要根據(jù)零件性質(zhì)和特點(diǎn)選擇材料，材質(zhì)要符合要求，質(zhì)量不過關(guān)就會(huì)導(dǎo)致磨損、腐蝕、變形等狀況，所以在質(zhì)量制造時(shí)工藝要過關(guān)，符合鍛造要求。裝配時(shí)要遵守正確的配合要求，裝配的零件之間位置要精準(zhǔn)，否則容易產(chǎn)生偏磨。如果以上幾種情況有所發(fā)生，一定要合理維修，在修復(fù)過程中要按規(guī)程執(zhí)行操作。

機(jī)械設(shè)備在使用過程中，發(fā)生故障時(shí)要對(duì)問題進(jìn)行及時(shí)排查和解決。要求維修人員要充分掌握維修設(shè)備的理論知識(shí)，尤其在因公差配合引起的故障方面，更要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，這樣才能在找到故障后的維修工作中得心應(yīng)手。

二、機(jī)械設(shè)備故障的診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)分為簡易診斷、精密診斷、功能診斷和運(yùn)行診斷、定期診斷和不定期診斷、直接診斷和間接診斷、常規(guī)診斷和特殊診斷。這些診斷技術(shù)，都是通過人體的感官觀察到故障信號(hào)，用豐富的經(jīng)驗(yàn)和維修技術(shù)，達(dá)到維修目的。這樣的診斷對(duì)普通機(jī)械設(shè)備的維修是非常重要的。對(duì)于比較嚴(yán)重的問題，振動(dòng)測(cè)量是專業(yè)性比較強(qiáng)的一種診斷技術(shù)。根據(jù)振動(dòng)的強(qiáng)弱來判斷設(shè)備故障，繼而進(jìn)行維修。

三、機(jī)械設(shè)備公差配合中過盈配合問題

我們知道公差配合的類型有三種：間隙配合、過渡配合和過盈配合。其中的過盈配合是指軸與孔之間沒有間隙，軸與孔緊密地固聯(lián)在一起，軸將不能單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)。過渡配合是指介于間隙配合與過盈配合之間的配合，有可能出現(xiàn)間隙或者出現(xiàn)過盈。在這三種配合類型中，過盈配合是機(jī)械生產(chǎn)和維修中最常見的一種裝配方式，引發(fā)的故障現(xiàn)象較多。

在機(jī)械加工和制造過程中，過盈配合屬于緊配合中的一種，也就是說相配對(duì)的軸徑（鍵寬）要大于孔徑（鍵槽），必須采用特殊工具擠壓進(jìn)去，或利用熱脹冷縮的特性，將孔（鍵槽）加熱，趁孔徑擴(kuò)大，迅速套到軸上，待冷卻收縮后兩個(gè)零件就緊緊配合成一體了。如果碰到有些零件不能采取加熱，也可將軸（鍵）放在干冰里冷卻，效果一樣。

四、公差配合引起故障問題的檢查分析

機(jī)械的裝配質(zhì)量首先是要有正確的配合要求。配合間隙的極限值包括了裝配后（經(jīng)過磨合后）的初始間隙，當(dāng)初始間隙過大時(shí)，機(jī)械的有效壽命期就會(huì)縮短。理想的動(dòng)配合件的裝配間隙應(yīng)該是公差的下限值。裝配中各零件之間相互的位置精度也很重要，如同軸度、平行度、垂直度等。當(dāng)達(dá)不到精度要求時(shí)，可能引起附加應(yīng)力、偏磨等后果，從而加速零件的失效。

（一）確定基本偏差的三種方法

1.計(jì)算法

根據(jù)一定的理論和公式，計(jì)算出所需間隙或過盈的大小，進(jìn)而確定基本偏差的方法。對(duì)于間隙配合種類，主要是依據(jù)流體力學(xué)中的潤滑理論；對(duì)于過盈配合種類，則是依據(jù)材料力學(xué)和工程材料的彈性、塑性變形理論。通過計(jì)算機(jī)編制專用程序，輸入必要參數(shù)，即可迅速準(zhǔn)確地得出公差與配合的選擇方案。

2.試驗(yàn)法

根據(jù)模擬的或真實(shí)的情況，經(jīng)過長時(shí)間和復(fù)雜的試驗(yàn)而得出最合理的間隙值或過盈值。這是一種最可靠的方法，但費(fèi)用大、歷時(shí)長，所以只適用于特別重要的配合。

3.類比法

這種方法的主要依據(jù)是參照經(jīng)過實(shí)踐證明業(yè)已成功的同類配合，確定所選擇的配合。它方便、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、相對(duì)可靠，所以應(yīng)用最為廣泛。采用類比法時(shí)，必須了解原機(jī)器或機(jī)構(gòu)的實(shí)用情況，分析機(jī)器或機(jī)構(gòu)的功用、工作條件和技術(shù)要求。

（二）設(shè)備故障規(guī)律和三個(gè)時(shí)期

對(duì)應(yīng)著磨損示意圖，可以畫出設(shè)備的故障率曲線，故障率曲線也分為三個(gè)階段，由于故障率曲線像一個(gè)浴盆，故稱之為“浴盆曲線”。

設(shè)備維修期內(nèi)的故障狀態(tài)分三個(gè)時(shí)期：

1.初始故障期

初始故障期又被成為設(shè)備的磨合期。在此階段，開始時(shí)發(fā)生的故障很多，主要是由于材料缺陷、設(shè)計(jì)制造質(zhì)量差、裝配失誤、操作不熟練等原因造成的。初始故障期的設(shè)備維保策略是：檢查、記錄、緊固、調(diào)整潤滑磨合期的油品替換、控制生產(chǎn)負(fù)荷逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)值。

2.偶發(fā)故障期

偶發(fā)故障期是指偶爾發(fā)生故障，是隨機(jī)的，故障率比較低，設(shè)備大部分時(shí)間處于穩(wěn)定狀態(tài)，是正常工作期或最佳狀態(tài)期。偶發(fā)故障期的設(shè)備維保策略是：清掃、檢查、潤滑、調(diào)整、堵漏、防腐、研究設(shè)備劣化條件，進(jìn)行健康管理；周期局部深度保養(yǎng)。

3.耗損故障期

機(jī)械設(shè)備在使用到后期，設(shè)備零件的磨損、腐蝕和老化現(xiàn)象不斷飆升，所以，此時(shí)的損耗故障期開始進(jìn)行大修，可以經(jīng)濟(jì)而又有效地降低故障率。耗損故障期的設(shè)備維保策略是：清掃、檢查、潤滑、調(diào)整、堵漏、防腐；可裁剪式糾正維修；局部改造、主動(dòng)維修，重點(diǎn)工作是進(jìn)行預(yù)防性維修和改善性維修。

以上這三種故障的發(fā)生，被稱為規(guī)律性故障。此外，遇到復(fù)雜設(shè)備的故障，必須及時(shí)排除、修復(fù)和更新故障零件，可使設(shè)備故障率成為常數(shù)。

五、公差配合引起的故障問題的維修技術(shù)

機(jī)械設(shè)備在使用過程中，各部分之間會(huì)產(chǎn)生磨損、疲勞和老化，這種老化可以借助修理的方法得到全部或局部的補(bǔ)償。這是因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)備的有形老化中，有一些可以通過修理的方法予以恢復(fù)，也有一些在目前條件下還無法徹底恢復(fù)。所以經(jīng)過修理的機(jī)械，其機(jī)械性能和使用效率是逐次遞減的。

機(jī)械設(shè)備老化可分為兩種老化形式，一種是有形老化，一種是無形老化。有形老化指的是零件內(nèi)部的原始尺寸和形狀發(fā)生了改變，還有的是零件間的公差配合發(fā)生變化，精準(zhǔn)度降低。零件外部遭受破壞，或者在閑置過程中零件遭受腐蝕、變形和質(zhì)變，這些都是可看得見的有形老化。無形老化指的是由于科技不斷進(jìn)步，生產(chǎn)工藝更新?lián)Q代，使得這種機(jī)械的價(jià)格遭遇貶值。還有一種就是機(jī)械設(shè)備推陳出新，原來的機(jī)械相對(duì)貶值。

如果機(jī)械設(shè)備已經(jīng)達(dá)到完全有形老化，而它的無形老化期還沒有到來，則通常采用修理的形式補(bǔ)償。由于目前技術(shù)的飛躍發(fā)展，無形老化期時(shí)間已大大縮短，所以在修理中，適時(shí)地進(jìn)行改造性修理，才能使機(jī)械設(shè)備適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。由于故障模式千變?nèi)f化，即使一個(gè)系統(tǒng)、一臺(tái)機(jī)器，其故障模式也是復(fù)雜的。

機(jī)械設(shè)備在礦山工作中，公差配合引發(fā)的故障時(shí)有發(fā)生。譬如，我們?cè)诘V山作業(yè)中使用的錘式破碎機(jī)，其轉(zhuǎn)子軸承會(huì)因承受很大的沖擊載荷而發(fā)熱，高達(dá)90℃。其使用的22324軸承內(nèi)圈與主軸軸徑的公差配合是準(zhǔn)120k6，隨著工作溫度升高，軸承內(nèi)圈與軸徑會(huì)產(chǎn)生程度不同的差異，繼而發(fā)生故障。而修理后的機(jī)械設(shè)備的技術(shù)狀況很難達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。所以機(jī)械設(shè)備隨著修理人員的努力，完全可以減少上述遞減幅度，但是要想完全清除上述遞減性，僅是通過修理的方法，是很難做到的。

國外采用修理方式包括：預(yù)防修理和事后修理。預(yù)防修理是為了預(yù)防設(shè)備的功能與精度降低到臨界點(diǎn)，而事先制定計(jì)劃進(jìn)行修理的活動(dòng)，它包括狀態(tài)檢測(cè)修理，就是采用日常點(diǎn)檢和定期檢查設(shè)備狀態(tài)，在故障發(fā)生前進(jìn)行修理和排查。定期修理就是對(duì)設(shè)備周期性的檢查，事先確定修理內(nèi)容和技術(shù)要求。事后修理指設(shè)備發(fā)生故障不能再使用后而進(jìn)行的非計(jì)劃修理。

六、結(jié)語

很多企業(yè)對(duì)設(shè)備故障并沒有足夠的分析，通常是遇到問題才解決問題，并沒有抓住故障發(fā)生的規(guī)律，也沒有從以往的故障中吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，防止問題再發(fā)，這樣對(duì)企業(yè)設(shè)備管理水平的提升毫無幫助。機(jī)械設(shè)備的使用狀況是隨著時(shí)間的推移而逐漸惡化的，機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的可能性也是隨著機(jī)械使用時(shí)間的延長而逐漸增大的。因公差配合引發(fā)的故障有其隨意性，無法預(yù)測(cè)其發(fā)生的時(shí)間與嚴(yán)重程度。但是故障是可以預(yù)防的。故障的診斷方法可以準(zhǔn)確地排查故障的具體位置和嚴(yán)重性。本文通過對(duì)機(jī)械設(shè)備公差配合引起的故障問題進(jìn)行分析，為機(jī)械設(shè)備的故障診斷與維護(hù)提供一定的參考與借鑒。

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