任務1.2　機械零件的故障初步診斷、檢測方法

任務描述

機械設備運行中出現異常，要結合故障現象對設備故障的性質進行診斷與分析。機械零件故障診斷、檢測方法與操作步驟實質上是對機械系統進行全面的分析、尋找和確定機械故障的過程，因此熟悉機械故障的常見類型，熟悉故障分析的一般過程與步驟，掌握故障的診斷技術，檢修機械設備工件才能順利開展。

任務分析

由于機械設備種類繁多、功能各異、新舊不同，加之生產廠家的不同，而且絕大多數設備尚未配置自動監測、檢測、報警、預防和排除故障的裝置，對于機修人員所面臨的故障處置對象多為事后被動性，這就給問題的解決帶來了一定程度的復雜性困難。但總體來講，機械系統的故障診斷包括識別現狀和預測未來兩個方面，其診斷過程分為狀態監測、識別診斷和決策預防3個階段，其故障模式及其分析方法又具有相對典型性。這就更要求設備修理人員必須熟悉常見故障類型，掌握故障診斷的檢測方法和操作步驟。

知識準備

1.機械故障的基本概念

1）機械故障的含義

機械故障與失效可謂是同義語，但是習慣上故障通常是指可以排除的障礙，即可以修復的失效；所謂失效是指零部件、元器件設備或系統失去預定的功能，不能正常履行其功能的狀態，修理手段為更換。

2）零部件、元器件常見的失效類型

零部件、元器件常見的失效類型按照失效機理劃分，常見的失效類型如下：

（1）斷裂失效。如韌性與脆性斷裂、過載斷裂、疲勞斷裂和環境斷裂等。

斷裂失效往往是裂紋的擴展所致。裂紋的形成可分為制造工藝過程中形成的（鑄造、鍛造、熱處理、機加工）與使用過程中形成的（沖擊、疲勞、蠕變等）兩類。

（2）磨損失效。如黏著磨損、磨料磨損、微動磨損、膠合磨損、接觸疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、氣蝕與電蝕磨損等。

（3）過量變形。如撞擊與靜載過量變形、縱彎失穩、蠕變翹曲、過盈壓潰、熱脹與泡脹畸變、冷縮和真空負壓變形等。

（4）腐蝕。如化學腐蝕、電化學腐蝕、接觸腐蝕、沖刷腐蝕和氣穴腐蝕等。

（5）其他失效。如松動、打滑、泄漏、燒損及老化等。

2.故障診斷的一般過程與步驟

1）故障診斷的一般過程

（1）狀態監測。對機械設備進行診斷首先是采集在運行中的各種信息，并通過傳感器將信息變成一定的電信號（電流、電壓），然后將采集的電信號進行數據處理，得到能反映機器運行狀態的參數，從而實現對機器運行狀態的監測。

（2）識別診斷。根據狀態監測所提供的運行狀態特征參數的變化，識別機器的運轉是否正常，并預測機器的可靠性和性能變化的趨勢。

（3）決策預防。當識別、診斷出異常狀態，對其原因、部位和危險程度進行評價，研究和決定其修正和預防的辦法。

2）故障診斷的步驟

（1）對故障對象的現場調查。

（2）現場的初步分析。

（3）組織會診，全面分析，對故障提出進一步的精細分析與處置的基本對策。

（4）檢測試驗，查清故障原因。

根據故障的類型及其影響的基本因素，綜合會診意見、處置方法，并有針對性地對機械系統的某些分系統和零部件進行逐項檢測試驗，查清故障的原因。

任務實施

CAK3665數控車床Z軸故障診斷

1.現場調查故障

CAK3665數控車床不能縱向進給，X軸進給正常，無其他異常。

2.現場初步分析

因該設備是實驗設備，而且經功能檢驗，只是Z軸進給功能異常，因此，對Z軸進給系統做重點檢查。

3.檢驗測試、查清故障原因

首先，松開電動機與絲杠之間的連接器，給進給電動機輸入運行信號，觀察其運轉正常，再測試其振動、聲音并無異常，溫度也無異常變化，排除了動力源和動力機部分的故障。然后，松開絲杠螺母副與床鞍之間的連接螺釘，手動移動床鞍，床鞍沿導軌移動并無異常。手動旋轉滾珠絲杠，出現卡滯現象，出現此種現象可能是滾珠絲杠螺母副的原因，也可能是滾珠絲杠支承部分的原因，具體還需要進一步的拆卸來檢查確認。

根據實際情況，可結合生產設備，現場進行CAK3665數控車床Z軸故障診斷。

知識拓展

機電設備常見故障

1.動力系統的常見故障

機電設備的動力系統包括動力源、動力機和動力傳輸系統。常見故障分類及其分析如下：

1）動力源的常見故障

機電設備的動力源包括電源、氣源、熱源和燃料供給源。常見故障包括以下3種：

（1）電源故障。設備的運轉離不開電動機及電動機控制元件，當一部設備不能運轉時，首先應檢查電源，檢查主電路的熔絲是否完好，機電設備的控制系統的保險是否完好，接觸器、繼電器的觸點接頭是否松動以及接觸器的線圈是否因過電流引起毀損，再檢查設備主控板的其他電氣元件的完好情況。

（2）氣源故障。有的設備由于功能需要還有氣源，當氣源出現故障時，應檢查供氣管路是否出現因過量變形而出現漏氣；檢查氣閥是否能完成其打開、關閉功能，是否因腐蝕磨損而引起閥門失效。

（3）熱源故障。熱源零件一般在高溫下工作，因此，在溫度冷熱變化的條件下，應檢查熱源零件是否出現蠕變松動和高溫變形以及高溫疲勞失效。

2）動力機的常見故障

動力機包括電動機、汽油機、柴油機、汽輪機等。常見故障包括以下3種：

（1）電動機故障，如電動機轉子的不平衡故障。

（2）汽、柴油發動機故障，如曲軸連桿的斷裂失效故障。

（3）蒸汽機故障。蒸汽機的故障大部分都發生在承壓件上，也就是產生于生產蒸汽的管道、管系和壓力容器。

3）動力傳輸系統供氣供熱管道的常見故障

永久地積聚在系統低壓區（死角），造成眾所周知的循環故障，對管路造成腐蝕；在壓力的作用下，參與系統循環，增加沖蝕作用，破壞防腐保護層，損壞密封，加速水泵和閥門的磨損。

2.機械緊固件的常見故障

緊固件系統的功能是傳遞載荷。緊固件系統包括螺紋緊固件、鉚釘、封閉式緊固件、銷緊固件和特殊緊固件。緊固件常見故障部位是頭桿的圓角處，螺紋緊固件上螺母內側的第一個螺紋或桿身到螺紋的過渡處。

3.潤滑系統的常見故障

潤滑不僅能減少兩摩擦表面之間的摩擦功耗，同時還能避免滾動和滑動表面的過度磨損。在所有的潤滑方式中，都是接觸表面被潤滑介質隔開，此種介質可以是固體、半固體或加壓的液體或氣體膜。因此，潤滑系統包括：流體動壓潤滑、流體靜壓潤滑、彈性流體動壓潤滑、邊界潤滑及固體潤滑等。

4.傳動系統的常見故障

（1）軸類零件的故障。軸類零件多數是承受交變載荷的，因此，失效形式以疲勞斷裂為主，有時是由于疲勞裂紋的出現和擴展而引起的脆性斷裂，而這些裂紋一般都發生于軸的階梯部位、溝槽處以及配合部位等應力集中處。因此，在交變載荷的作用下裂紋的出現和擴展導致軸類零件出現早期的斷裂失效。另外，在軸的配合處還可能發生微振磨損，在微振磨損過程中有時會產生細微裂紋。

（2）齒輪類零件的故障。齒輪是傳遞運動和動力的通用基礎零件。其類型很多，工況條件復雜多變，失效形式也是多樣的。但從發生失效的部位來看，經常在輪齒部位。

輪齒部位的失效形式主要有輪齒折斷、輪齒塑性變形、齒面磨損、齒面疲勞及其他損傷形式。

（3）其他零件的故障，如彈簧、軸承、卡簧、鍵、密封件等的故障。