關于機械零部件檢測與質量管理的探究

李超

摘 要：該文就一些機械零部件的常見故障進行論述，分析機械零部件工作狀況以及設備檢驗情況，并探究機械設備檢驗過程中產品質量和檢測技術的有效提升策略，為機械設備更好地服務生產制造提供一些參考。

關鍵詞：機械零部件;常見故障;檢測

引言

機械設備在各行業扮演著重要的角色，研究機械故障特征提取技術對于保障機械設備運行的可靠性具有重要的現實意義。由于機械惡劣的工作環境及設備內部各零部件之間相互禍合的關系，故障特征極易被淹沒。因此，強噪聲背景下如何準確有效地提取故障特征是機械故障診斷領域研究不解追求的目標。

1、機械零部件故障類型

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力集中造成的。另外當齒輪經常受到沖擊及過載、齒輪的長期工作，產生疲勞裂紋等原因也會導致輪齒疲勞折斷。

1.1.2齒面磨料磨損

齒輪運轉過程中，齒面間落入金屬氧化物、金屬微粒或其它硬質磨料時，落入的硬質微粒以微粒切削的形式引起齒面的磨料磨損。另外，傳動系統的潤滑不清潔、過載也會導致齒面的磨損。這種現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。當載荷較大使齒面接觸應力超出材料所允許的疲勞極限時，輪齒表面層會產生微細的裂紋，并演變為由小塊剝落逐漸擴大成整塊剝落而使齒輪發生失效。隨著故障的發展，當齒面剩余的工作面積已經無法承受外部載荷時，整個齒將產生斷裂現象。

1.2導軌故障

導軌大量應用于機械設備傳導機構上，其工作時長負荷大，常出現滾動元件循環不良，導軌磨損、生銹、破裂等現象。導致機構摩擦阻力變大，磨損量逐漸增加，直至積蓄到無法正常運行。其中滾動元件潤滑不充分的情況下，金屬之間硬性摩擦導致粉末的產生，長時間積累發生磨損現象。生銹情況多出現于保養環境不到位，有水溶性液體滲入或高濕度環境所致。破裂現象多出現于滾動體循環不良導致的金屬材料疲勞狀態下，或承受過大的沖擊載荷，超越了導軌本身剛性條件。另外潤滑油脂使用方式也應配合所在環境，防止高溫使油脂蒸發氧化過快，避免在含大量氧化物的異常環境下產生爬行現象。

1.3滾動軸承故障

滾動軸承作為旋轉機械中應用最廣泛的關鍵基礎部件之一，具有摩擦系數小、運行精度高、互換性好等優點，在各類旋轉結構中都發揮著不可替代的作用。以圖1高速旋轉運動部為例，在牽引電機—齒輪箱—車輪對整個動力傳遞鏈上都有滾動軸承的應用。與此同時，由于長期處在高速、重載的工作環境下，滾動軸承也是最易受損的部件之一。據統計，旋轉機械中出現的故障約有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，出現在內、外圈滾道上的局部缺陷是其故障的主要表現形式，約占90%左右。

滾動軸承的失效將會給機械設備的運行安全帶來巨大隱患，輕則導致輸入動力設備超載損壞，重則若使載運工具發生事故，將帶來人員傷亡和不可估量的經濟損失等。正所謂“千里之堤，潰于蟻穴”，若能及時準確地識別出機械設備運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生。因此，針對滾動軸承的狀態監測和故障診斷，是保障機械設備健康服役的重要組成部分。尤其是在故障機理與表征形式、強噪聲背景下微弱故障特征提取、軸承復合故障診斷、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注。

2、機械零部件檢測與質量管理

2.1溫度監測法

溫度作為反映物體冷熱程度的物理量，不僅僅是生產中的重要工藝參數，更是表征設備運行狀態的一個重要指標。設備出現機械、電氣故障的一個明顯特征就是溫度的異常變化，該特征也是引發設備故障的一個重要因素。針對軸承和導軌及齒輪，可預先設定溫度閡值并利用接觸式或非接觸式測溫儀器對其進行監測，根據溫度或溫度分布判斷該零部件的工作狀態和故障。該方法普遍適用于固定旋轉類機械的零部件出現磨損后異常工作狀態的判斷，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，油樣分析法于20世紀70年代起便應用于機械設備狀態監測與故障診斷領域，是實現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，鐵譜分析技術己拓展至液壓系統、軸承及導軌齒輪等零部件故障診斷上。該技術通過觀察鐵譜片上磨損顆粒的排列規律判斷零是否存在故障。除鐵譜分析技術外，光譜分析技術也是油樣分析法的重要手段之一。該技術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，該方法難以應對突發故障且對脂潤滑零部件存在誤判和漏判現象，具有較大局限性。

2.3聲發射檢測法

聲發射作為一種近年發展起來的動態無損檢測方法，能夠在不損壞金屬材料的前提下判斷設備零部件是否存在缺陷。當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射信號被激勵，通過對聲發射信號的分析處理可以得到故障類型。該技術對材料的微弱故障較為敏感，具有較好的故障預警特性。但由于該方法昂貴的硬件需求及易受噪聲環境干擾的特性，聲發射檢測法的應用受到一定的限制。

2.4振動分析法

當機械設備零部件發生故障時，零部件之間的接觸沖擊增大并激發一系列周期性沖擊，該沖擊傳遞到機體表面則表現為機械振動。因此，從機械設備采集得到局部振動信號通常攜帶大量表征設備健康程度的信息，通過適當信號處理方法對采集得到的振動信號源進行分析處理可提取故障特征，從而實現對機械零部件的工作狀態進行監測與診斷。振動分析法被廣泛地使用在機械設備狀態監測與故障診斷領域，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，具有可靠性強和診斷準確的優點。

結語

機械設備零部件除單一故障外存在復合故障，如內外圈故障、滾動體故障和運動受阻等同時存在，如何準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在復合故障診斷中的可能性，為實現多故障旋轉類實驗機械狀態監測與故障診斷提供準確有效的手段。

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