李超

摘 要：該文就一些機(jī)械零部件的常見故障進(jìn)行論述，分析機(jī)械零部件工作狀況以及設(shè)備檢驗情況，并探究機(jī)械設(shè)備檢驗過程中產(chǎn)品質(zhì)量和檢測技術(shù)的有效提升策略，為機(jī)械設(shè)備更好地服務(wù)生產(chǎn)制造提供一些參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零部件;常見故障;檢測

引言

機(jī)械設(shè)備在各行業(yè)扮演著重要的角色，研究機(jī)械故障特征提取技術(shù)對于保障機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性具有重要的現(xiàn)實意義。由于機(jī)械惡劣的工作環(huán)境及設(shè)備內(nèi)部各零部件之間相互禍合的關(guān)系，故障特征極易被淹沒。因此，強(qiáng)噪聲背景下如何準(zhǔn)確有效地提取故障特征是機(jī)械故障診斷領(lǐng)域研究不解追求的目標(biāo)。

1、機(jī)械零部件故障類型

1.1齒輪故障

1.1.1斷齒

齒輪斷齒主要是由于齒根處的彎曲應(yīng)力過大、加工時的刀痕以及齒根圓和輪齒處表面的突變引起的應(yīng)力集中造成的。另外當(dāng)齒輪經(jīng)常受到?jīng)_擊及過載、齒輪的長期工作，產(chǎn)生疲勞裂紋等原因也會導(dǎo)致輪齒疲勞折斷。

1.1.2齒面磨料磨損

齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，齒面間落入金屬氧化物、金屬微?；蚱渌操|(zhì)磨料時，落入的硬質(zhì)微粒以微粒切削的形式引起齒面的磨料磨損。另外，傳動系統(tǒng)的潤滑不清潔、過載也會導(dǎo)致齒面的磨損。這種現(xiàn)象在實際工作中是較為常見的磨損原因。

1.1.3齒面接觸疲勞

齒輪材料疲勞會引起齒面疲勞剝落。當(dāng)載荷較大使齒面接觸應(yīng)力超出材料所允許的疲勞極限時，輪齒表面層會產(chǎn)生微細(xì)的裂紋，并演變?yōu)橛尚K剝落逐漸擴(kuò)大成整塊剝落而使齒輪發(fā)生失效。隨著故障的發(fā)展，當(dāng)齒面剩余的工作面積已經(jīng)無法承受外部載荷時，整個齒將產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。

1.2導(dǎo)軌故障

導(dǎo)軌大量應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)上，其工作時長負(fù)荷大，常出現(xiàn)滾動元件循環(huán)不良，導(dǎo)軌磨損、生銹、破裂等現(xiàn)象。導(dǎo)致機(jī)構(gòu)摩擦阻力變大，磨損量逐漸增加，直至積蓄到無法正常運(yùn)行。其中滾動元件潤滑不充分的情況下，金屬之間硬性摩擦導(dǎo)致粉末的產(chǎn)生，長時間積累發(fā)生磨損現(xiàn)象。生銹情況多出現(xiàn)于保養(yǎng)環(huán)境不到位，有水溶性液體滲入或高濕度環(huán)境所致。破裂現(xiàn)象多出現(xiàn)于滾動體循環(huán)不良導(dǎo)致的金屬材料疲勞狀態(tài)下，或承受過大的沖擊載荷，超越了導(dǎo)軌本身剛性條件。另外潤滑油脂使用方式也應(yīng)配合所在環(huán)境，防止高溫使油脂蒸發(fā)氧化過快，避免在含大量氧化物的異常環(huán)境下產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

1.3滾動軸承故障

滾動軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件之一，具有摩擦系數(shù)小、運(yùn)行精度高、互換性好等優(yōu)點(diǎn)，在各類旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中都發(fā)揮著不可替代的作用。以圖1高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部為例，在牽引電機(jī)—齒輪箱—車輪對整個動力傳遞鏈上都有滾動軸承的應(yīng)用。與此同時，由于長期處在高速、重載的工作環(huán)境下，滾動軸承也是最易受損的部件之一。據(jù)統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機(jī)械中出現(xiàn)的故障約有45-55%是由滾動軸承失效引起的。其失效形式主要包括：滾動體或滾道表面的擦傷、壓痕、點(diǎn)蝕、剝落，保持架變形、開裂等局部缺陷和由加工誤差引起的表面粗糙度、波紋度等分布式缺陷。有報道指出，在球軸承中，出現(xiàn)在內(nèi)、外圈滾道上的局部缺陷是其故障的主要表現(xiàn)形式，約占90%左右。

滾動軸承的失效將會給機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行安全帶來巨大隱患，輕則導(dǎo)致輸入動力設(shè)備超載損壞，重則若使載運(yùn)工具發(fā)生事故，將帶來人員傷亡和不可估量的經(jīng)濟(jì)損失等。正所謂“千里之堤，潰于蟻穴”，若能及時準(zhǔn)確地識別出機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中滾動軸承故障的萌生和演變，則可以有效減少或避免各種事故的發(fā)生。因此，針對滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，是保障機(jī)械設(shè)備健康服役的重要組成部分。尤其是在故障機(jī)理與表征形式、強(qiáng)噪聲背景下微弱故障特征提取、軸承復(fù)合故障診斷、故障尺寸或故障損傷程度估計等方面，需要廣大科研人員的關(guān)注。

2、機(jī)械零部件檢測與質(zhì)量管理

2.1溫度監(jiān)測法

溫度作為反映物體冷熱程度的物理量，不僅僅是生產(chǎn)中的重要工藝參數(shù)，更是表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個重要指標(biāo)。設(shè)備出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障的一個明顯特征就是溫度的異常變化，該特征也是引發(fā)設(shè)備故障的一個重要因素。針對軸承和導(dǎo)軌及齒輪，可預(yù)先設(shè)定溫度閡值并利用接觸式或非接觸式測溫儀器對其進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)溫度或溫度分布判斷該零部件的工作狀態(tài)和故障。該方法普遍適用于固定旋轉(zhuǎn)類機(jī)械的零部件出現(xiàn)磨損后異常工作狀態(tài)的判斷，但有一定局限性。

2.2油樣分析法

作為一種磨損顆粒分析技術(shù)，油樣分析法于20世紀(jì)70年代起便應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，是實現(xiàn)故障診斷的重要手段之一。該方法利用油樣分析儀器對油樣中的顆粒作定性或定量分析以判斷設(shè)備零部件的磨損部位、磨損類型及磨損程度。其中，鐵譜分析技術(shù)己拓展至液壓系統(tǒng)、軸承及導(dǎo)軌齒輪等零部件故障診斷上。該技術(shù)通過觀察鐵譜片上磨損顆粒的排列規(guī)律判斷零是否存在故障。除鐵譜分析技術(shù)外，光譜分析技術(shù)也是油樣分析法的重要手段之一。該技術(shù)通過特定元素的特征譜線檢測油樣中所含金屬元素的種類及濃度，借此判斷磨損部位及磨損程度。然而，該方法難以應(yīng)對突發(fā)故障且對脂潤滑零部件存在誤判和漏判現(xiàn)象，具有較大局限性。

2.3聲發(fā)射檢測法

聲發(fā)射作為一種近年發(fā)展起來的動態(tài)無損檢測方法，能夠在不損壞金屬材料的前提下判斷設(shè)備零部件是否存在缺陷。當(dāng)故障軸承和齒輪與禍合零部件接觸時，攜帶故障信息的聲發(fā)射信號被激勵，通過對聲發(fā)射信號的分析處理可以得到故障類型。該技術(shù)對材料的微弱故障較為敏感，具有較好的故障預(yù)警特性。但由于該方法昂貴的硬件需求及易受噪聲環(huán)境干擾的特性，聲發(fā)射檢測法的應(yīng)用受到一定的限制。

2.4振動分析法

當(dāng)機(jī)械設(shè)備零部件發(fā)生故障時，零部件之間的接觸沖擊增大并激發(fā)一系列周期性沖擊，該沖擊傳遞到機(jī)體表面則表現(xiàn)為機(jī)械振動。因此，從機(jī)械設(shè)備采集得到局部振動信號通常攜帶大量表征設(shè)備健康程度的信息，通過適當(dāng)信號處理方法對采集得到的振動信號源進(jìn)行分析處理可提取故障特征，從而實現(xiàn)對機(jī)械零部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與診斷。振動分析法被廣泛地使用在機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，且通過一些實驗證明該方法是各類診斷手段中最成熟有效的，具有可靠性強(qiáng)和診斷準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)語

機(jī)械設(shè)備零部件除單一故障外存在復(fù)合故障，如內(nèi)外圈故障、滾動體故障和運(yùn)動受阻等同時存在，如何準(zhǔn)確有效地診斷此類故障是值得研究的。因此，有必要探索特征提取技術(shù)在復(fù)合故障診斷中的可能性，為實現(xiàn)多故障旋轉(zhuǎn)類實驗機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提供準(zhǔn)確有效的手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]王旭，伍星，肖正明，等含裂紋故障的齒輪系統(tǒng)動力學(xué)特性研究及其故障特征分析「J]振動與沖擊，2017，36（9）：74-79.

[2]張?zhí)m，王太勇，王鵬，等改進(jìn)的CEEMDAN故障診斷算法研究及在加工裝備中的應(yīng)用[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2019（1）：1-9.

[3]劉志亮，潘登，左明健，等.軌道車輛故障診斷研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報，2016，52（14）：134-146.

[4]王國彪，何正嘉，陳雪峰，等.機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)研究“何去何從”[J].機(jī)械工程學(xué)報.2013， 49（1）： 63-72.