某型設備傳動螺紋副“咬死”故障樹分析

周春麗，李立新

（中國航空動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

某型設備傳動螺紋副“咬死”故障樹分析

周春麗，李立新

（中國航空動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

介紹了利用故障樹分析法對傳動螺紋副“咬死”進行故障診斷的方法。通過建立故障樹，對某型設備傳動螺紋副“咬死”故障進行了定性分析，方便的查找到了引起故障發生的原因。實踐證明，此方法簡便、可靠和實用。

故障樹分析；螺紋副；咬死

故障樹分析(Fault Tree Analysis，簡稱 FTA)，是在系統設計過程中，通過對可能造成系統故障的各種因素進行分析，畫出邏輯框圖，即故障樹，從而確定系統故障原因的各種組合方式和發生概率的一種分析技術，是一種將系統故障形成的原因由上至下按樹狀逐級細化的分析方法[1～2]。因為方法簡單，概念清晰，容易被人們接受，所以它是對動態系統的設計、試驗或使用中出現的故障進行分析的常用工具。

壓緊螺母是轉子組件聯結常用的零件之一。螺紋副的失效將會導致轉子出現松動，振動增大，造成轉子與靜子碰磨，軸承載荷過大，嚴重時將導致設備破壞與報廢。本文使用故障樹分析法對某型設備傳動螺紋副破壞故障進行分析研究，找出事件的起因與形成過程，以加強壓緊螺母和軸螺紋的質量控制。

1 傳動螺紋副

某型自制設備使用壓緊螺母與傳動軸的螺紋副進行聯結，壓緊螺母螺紋為M24×1.5-4H5H，傳動軸上螺紋為M24×1.5-4h6h。共生產了10對，其中4對傳動螺紋副在分解時，螺紋副卡死，出現破壞。

2 故障樹分析

2.1 故障樹的建立

本文以傳動螺紋副破壞為分析對象。分析過程中假設以下條件：各底事件相互獨立；不存在外界干擾因素。以“傳動螺紋副‘咬死’”為頂事件建故障樹如圖1所示。故障樹中各符號的意義為：

（1）頂事件T，是指螺紋副“咬死”。

（2）中間事件M，包括：M1產品不合格；M2裝配不合格；M3設計不正確；M4材料不合格；M5加工不合格；M6未按工藝要求執行；M7螺紋副大徑不符合設計要求；M8螺紋副中徑不符合設計要求；M9螺紋副小徑不符合設計要求；M10螺紋螺距不符合設計要求；M11螺紋牙形角不符合設計要求。

（3）底事件X，包括：X1由于工人失誤和檢驗不到位導致的加工工藝有誤；X2由于工人失誤和檢驗不到位導致的裝配工藝錯誤；X3圖樣技術要求有誤；X4螺母螺紋標準及基本尺寸與軸螺紋標準及基本尺寸不匹配；X5螺母與軸是同種材料；X6原材料不合格；X7原材料代料；X8由于工人失誤和檢驗不到位導致的擰緊力矩超差；X9由于工人失誤導致螺紋副有異物進入；X10螺母螺紋大徑不合格；X11軸螺紋大徑不合格；X12螺母螺紋中徑不合格；X13軸螺紋中徑不合格；X14螺母螺紋小徑不合格；X15軸螺紋小徑不合格；x16螺母螺紋螺距不合格；X17軸螺紋螺距不合格；X18螺母螺紋牙形角不合格；X19軸螺紋牙形角不合格。

圖1 傳動螺紋副”咬死”故障樹

2.2 故障樹定性分析

故障樹定性分析的目的在于尋找導致頂事件發生的原因和原因組合，識別導致頂事件發生的所有故障模式，也就是求出故障樹的全部最小割集。

求最小割集的方法很多，常用的有上行法和下行法兩種。本文選用的是下行法，根據故障樹的實際結構，從頂事件開始，逐級向下巡查，找出割集。按照邏輯關系進行分析計算，得出該故障樹的最小割集共 19個，分別為：{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7}，{X8}，{X9}，{X10}，{X11}，{X12}，{X13}，{X14}，{X15}，{X16}，{X17}，{X18}，{X19}。由此可見，導致故障樹頂事件（傳動螺紋副“咬死”）發生，有19種最低限度的基本事件組合，且均為單一基本事件。

最小割集定性地給出了底事件的重要度，在各個底事件發生概率比較小，其差別相對不大的條件下：階數越小的最小割集越重要；在低階最小割集中出現的底事件比高階最小割集中的底事件重要；在同一最小割集階數的條件下，在不同小割集中重復出現的次數越多的底事件越重要[3～6]。

從本故障樹最小割集可知，任一底事件的發生都會導致“傳動螺紋副‘咬死’”故障的發生，而各底事件均只出現一次，且每一割集均為一階，所以每一底事件均很重要，均應引起重視。

2.3 故障樹分析實例

應用前述故障樹，進行“傳動螺紋副‘咬死’”故障分析。經過前4對壓緊螺紋副的生產加工和試驗，可將加工工藝、裝配工藝等因素排除。首先檢查設計圖樣，發現軸與螺母為同一種材料，而同種材料的螺紋副容易出現咬死故障[7～8]，此基本事件應為本次螺紋副”咬死”的一個影響因素。但考慮到前4對螺紋副工作正常，此基本事件應為本次故障一個可能的因素。

核查設備檢修記錄，發現設備轉子檢修完全遵守檢修工藝要求，擰緊力矩也在設計要求范圍之內。通過初步分解檢查，可以排除螺紋副有異物進入。

根據零件工藝卡和材料供應合格證可知，壓緊螺母和軸的材料供應合格。

根據上面的分析結果可知，螺紋基本尺寸不符合設計要求最有可能成為本次螺紋副“咬死”的主要原因。于是對傳動軸和壓緊螺母計量檢查，傳動軸和壓緊螺母各選取了2件，其中A為已破壞的傳動軸，B為試驗驗證過工作正常的傳動軸。傳動軸計量檢測結果如表1所示。

表1 傳動軸計量檢測結果

壓緊螺母時由于沒有合適的測量工具，未進行螺紋中徑與大徑的測量，而是將壓緊螺母對半切開，采用坐標掃描，每個牙形掃描8點，得出整個螺紋的牙形。其中A為與破壞壓緊螺母同批次的壓緊螺母，B試驗驗證過工作正常的壓緊螺母，壓緊螺母計量結果如表2所示。傳動軸牙形與正常牙形對比見圖2，壓緊螺母牙形與正常牙形見圖3，全螺紋牙形數據擬合如圖4所示。

表2 壓緊螺母計量檢測結果

圖2 傳動軸牙形

圖3 壓緊螺母牙形

圖4 全螺紋牙形數據擬合

從表1可以看出，傳動軸大徑Φ24.05超出了理論值Φ24，牙高0.865也不在理論值范圍之內；從表2可以看出，壓緊螺母的小徑Φ22.375在理論值范圍內，牙高0.8125在理論值范圍之內，但是通過計算其大徑為Φ23.965不在理論值范圍之內。從圖2～圖4中可以看出，傳動軸與壓緊螺母牙形均有不符合設計要求的地方，其中傳動軸螺紋牙形接近于齒形，使得螺紋中徑處尺寸不符合設計要求。壓緊螺母牙形底圓半徑過大，使得螺紋的大徑不符合設計要求。這些因素導致傳動軸中徑與壓緊螺母中徑不匹配和傳動軸大徑與壓緊螺母大徑不匹配，造成傳動螺紋副“咬死”。

3 結束語

根據分析和檢測結果，在加工過程中應該進行嚴格的質量控制，同時為避免同種材料咬合的弊端，對設計進行局部更改，壓緊螺母鍍銀。經過試驗驗證，后續加工傳動軸螺紋副工作正常。

[1]周海京，遇 今.故障模式、影響及危害性分析與故障樹分析[M].北京：航空工業出版社，2003.

[2]葉柏生，黃增雙，李 斌.故障樹分析方法在數控機床故障診斷系統中的應用[J].機床與液壓，2006(8):135.

[3]徐宗昌.保障性工程[M].北京：兵器工業出版社，2005．

[4]何慶飛，王漢功，陳小虎.故障樹分析法在汽車起重機液壓系統故障診斷中的應用[J].機床與液壓，2008（2）:196-198.

[5]張有東，鄭笑紅，劉 琛.基于故障樹的塔式起重機起升機構故障分析[J].煤礦機械，2006（12）:188-190.

[6]王少波，史景樹，李曉東.用故障樹法分析采煤機牽引部液壓系統[J].煤礦機械，2001(12):28-30.

[7]黃景明.談螺紋“咬死”及處理方法[J].水電站機電技術，1988(2):30-31.

[8]肖秀珍.關于不銹鋼螺栓鎖死問題的探討[J].機電產品開發與創新，2010（3）：65-66.

Fault Analysis on Screw Thread Pair of Com pression Nut in a Certain Equipment

ZHOU Chun-li，LILi-xin

（China Aviation on Power plantResearch Institute，Zhuzhou Hunan 412002，China）

Fault tree analysis（FAT）was adopted to diagnose the fault of screw thread pair of compression.A representative fault phenomenon was given as an example to build up the Fault Tree and qualitatively analyze,and method of fault shooting with FTA were introduced.The practice proves that themethod is convenient,reliable and practical.

fault tree analysis(FTA)；screw thread pair；screw stuch

TH131.3

B

1672-545X（2014）04-0150-03

2014-01-04

周春麗（1981－），女，遼寧鐵嶺人，工程師，碩士，研究方向為設備安全技術與管理。