摘要：随着我国科学技术的快速发展，我国的机械加工也得到了前所未有的发展，无论是在加工精度、还是加工效率方面都取得了令人瞩目的成绩。但是，随着机械设备加工精度的提升和加工效率的加快，机械设备的突发故障也在不断攀升。本文就机械设备故障的一些常用分析程序和方法作了阐述，以提高机械产品的可靠性和安全性。
关键词：机械故障；分析程序；方法
引言
机械设备在高速的运转和工作下容易发生故障，一旦发生故障其损失巨大，不但维修费用高，而且维修周期也很长，一直是困扰企业的突出问题。如何应用故障诊断技术建立设备故障预警制度，是目前亟待解决的难题。本文根据机械设备的使用和维修特性，提出了一些机械故障原因的分析程序，并提出一些解决问题的方法。
1、机械故障现象
所谓机械故障，就是指机械系统已偏离其设备状态而丧失部分或全部功能的现象。如：
（1）输出参数的变化，设备台班生产率降低，油机耗油量与工作时间、工作量的比例增加等的变化。
（2）振动异常，振动是机械运行过程中的属性之一，但不正常的振动常常是测定设备故障的有效手段。
（3）声响异常，机械在运转过程中，在正常状态下发出的声响应是均匀与轻微的。当设备在正常工况条件下发出杂乱而沉重的声响时，提示设备出现异常。所以，对噪声异常的故障迹象必须认真对待，仔细检查，正确判断。
（4）过热现象，工作中，常常发生发动机、制动器、轴承等部位超出正常工作状态的温度变化。如不及时发现，并诊断与排除，将引起机件烧毁等事故。
（5）磨损残余物的激增，通过观察油箱、齿轮箱、轴承、齿轮等零件的磨损残余物，并定量测定油样等样本中磨损微粒的多少，即可确定机件磨损的程度。
（6）裂纹的扩展，通过机械零件表面或内部缺陷（包括焊接、铸、锻造、压延等）的变化趋势，特别是裂纹缺陷的变化趋势，判断机械故障的程度，并对机件强度进行评估。
2、机械故障分析程序
2.1现场调查
现场调查所取得的数据是第一手数据，是后续解决设备的故障的关键所在。通常现场调查的数据主要包括：记录故障发生的时间、设备使用时间和运行工况等客观数据；在故障发生前，设备有无异响，若有需标注异响的来源；对故障部件及附件零部件进行拍照、鉴别、保存和清洗；总结归纳对故障的初步看法等。
2.2 对机械故障进行诊断并分析原因
（1）根据现场调查所取得的资料对故障件进行检测和分析。包括金相组织分析、力学性能试验分析、失效分析和断口的综合检测分析等。
（2）运用合适的分析方法对故障部件进行必要的强度、疲劳断裂等校核，并与相应的理论分析计算结果进行对比，得出合适的结果。
（3）初步分析得出故障发生的主要原因。
（4）模拟在拟定工况的断裂试验，确定故障发生的根本原因。
2.3.得出分析结果
当机械设备故障的数据分析工作完成后，都要对所获得的全部资料、调查记录、证词和测试数据。按设计、材料、工艺、使用四个方面判断是否问题，以此集中归纳、综合分析和判断处理，形成一个正确合理的技术报告。技术报告需包含故障分析结果和解决措施两方面。根据报告判断其故障属于设计、制造或使用等原因，明确责任人，提高机械设备的可靠性。
3、机械故障原因的分析方法
机械故障原因的分析方法是一个系统集成性较高的学科，需要涉及材料学、摩擦学、化学和力学等众多学科的知识，运用机械加工工艺、液压传动、金属工艺、电气、摩擦等相关专业理论，知识识技术的融合性极强。同时，所有的故障分析方法和技术都必须以机械实际工况为基础，是一项以理论为指导注重于实践的活动。本文将对一些常用的分析方法做简单扼要的介绍。
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3.1.故障部件的宏观检验
宏观检验是进行故障分析的基础，是整个故障诊断是否成功的关键，通常表现为裂纹、磨损、变形、断裂、剥落、烧伤等现象。
裂纹现象大多是由于机械疲劳、应力集中等原因引起的，裂纹故障极容易造成突发性事故，尤其是压力容器、传动轴和齿轮等零件。
磨损是由于设备运动部件缺少润滑、或油液清洁度低所造成的，使得设备配合精度降低，产生振动、发热等现象，影响机器工作效率和使用性能。
变形故障是由于设备冲击较大，局部发热等原因所造成的设备构件变形，变形故障会影响设备零部件的精度，造成静元件摩擦，降低运动件的磨合能力，使机械性能降低甚至失去某些性能。
断裂故障是由于设备负荷过大，局部应力过于集中等原因引起的零部件断裂现象，断裂故障将直接引起机器损坏，油液气体外泄，丧失工作性能等严重结果。
3.2.金相检验
金相检验是故障分析过程中最常用也是最重要的手段，也是检验机械零件内部质量的重要手段。金相检验主要内容有：①腐蚀检验，主要检查故障件材料的偏析、内裂纹、夹杂、加工质量等。②硫印和磷印，主要检验材料中硫、磷含量的偏析。③显微组织分析，判断故障件的机加工工艺和热处理工艺是否正常。④分析故障在工作条件下发生的磨损、腐蚀、表面氧化和加工硬化等。
3.3.无损检测
无损检测是借助先进的技术和设备器材对故障件的内部和表面结构进行检测的方法，主要有磁粉检测、渗透检测、超声检测和射线检测等。这些技术是在不损坏试件的条件下进行的，简便易行，效果良好。综合运用无损检测方法可以提高检测的效率。
3.4.力学性能检测
力学性能检测主要是校核故障件的力学性能是否满足设计要求和使用要求。力学性能检测方法主要有变形、断裂、粘连和疲劳等，测试的项目主要有拉伸试验、硬度试验、剪切试验、扭转试验和冲击试验等。
4、机械故障原因的分析案例
4.1现场调查
（1）收集记录故障发生的时间、设备使用时间和运行工况等客观数据。
（2）损坏终传动轮毂的初步调查：①轮毂沿轴肩圆角处断裂，且断口处有裂纹。②断裂两侧（大圆角附近及外侧螺孔附近）有锈蚀现象。③通过观察看到断裂处延伸至M36螺纹孔处，。M36螺栓共找到6个，其中1个螺栓的螺纹部分断在螺孔内，1个剪断。
（3）将断裂的终传动轮毂和螺栓带回做失效分析。
4.2对终传动轮毂进行诊断分析
通过分析、检测与计算可知：终传动轮毂的化学成分达到设计材料的要求，表面淬火的硬度未到设计值，通过金相检验发现铸造轮毂内部有偏析和疏松等缺陷。断裂处的圆角偏小可能会出现应力集中。通过总结得出产品质量不合格是造成轮毂断裂的主要原因，设计也存在缺陷。
4.3措施
轮毂采用的普通铸钢件，由于缺少合金元素，淬透性差，建议改用铸造合金钢。② 严格控制终传动轮毂的质量，改进铸造工艺，增加工艺探伤工序，保证零件无组织缺陷。③加大轮毂轴肩圆角，改善机械结构的合理性，并完成相关评审，提高产品质量。
5、总结
综上所述，在使用过程中，机械往往会出现各种故障，这些故障的性质并不完全相同，有的对机械的负面影响较小，有的则比较严重，甚至会酿成灾害。因而对机械故障进行及时有效的分析和处理显得十分重要。分析得出结果后，要对出现的故障要及时进行处理，所谓适时及时处理就是要严格按照维修保养规程，定期对机械进行保养和修护；各种等组的保养和修护要严格按照要求进行；另外还要加强对机械的定期与不定期的检查，及时对机械的运行情况进行了解和掌握，对已经出现或将要出现的故障，要进行及时有效的处理，不能因为故障小或者不明显就放之不管，这样最终会延误保养的时机，造成大的故障。
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[3]全伟良.有关数控机床中常见的故障问题探究[J].科技咨询，2011．
论文作者:曹建鸥
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/17
标签：故障论文; 机械论文; 轮毂论文; 设备论文; 金相论文; 裂纹论文; 原因论文; 《基层建设》2017年第12期论文;