任务1.2　机械零件的故障初步诊断、检测方法

任务描述

机械设备运行中出现异常，要结合故障现象对设备故障的性质进行诊断与分析。机械零件故障诊断、检测方法与操作步骤实质上是对机械系统进行全面的分析、寻找和确定机械故障的过程，因此熟悉机械故障的常见类型，熟悉故障分析的一般过程与步骤，掌握故障的诊断技术，检修机械设备工件才能顺利开展。

任务分析

由于机械设备种类繁多、功能各异、新旧不同，加之生产厂家的不同，而且绝大多数设备尚未配置自动监测、检测、报警、预防和排除故障的装置，对于机修人员所面临的故障处置对象多为事后被动性，这就给问题的解决带来了一定程度的复杂性困难。但总体来讲，机械系统的故障诊断包括识别现状和预测未来两个方面，其诊断过程分为状态监测、识别诊断和决策预防3个阶段，其故障模式及其分析方法又具有相对典型性。这就更要求设备修理人员必须熟悉常见故障类型，掌握故障诊断的检测方法和操作步骤。

知识准备

1.机械故障的基本概念

1）机械故障的含义

机械故障与失效可谓是同义语，但是习惯上故障通常是指可以排除的障碍，即可以修复的失效；所谓失效是指零部件、元器件设备或系统失去预定的功能，不能正常履行其功能的状态，修理手段为更换。

2）零部件、元器件常见的失效类型

零部件、元器件常见的失效类型按照失效机理划分，常见的失效类型如下：

（1）断裂失效。如韧性与脆性断裂、过载断裂、疲劳断裂和环境断裂等。

断裂失效往往是裂纹的扩展所致。裂纹的形成可分为制造工艺过程中形成的（铸造、锻造、热处理、机加工）与使用过程中形成的（冲击、疲劳、蠕变等）两类。

（2）磨损失效。如黏着磨损、磨料磨损、微动磨损、胶合磨损、接触疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、气蚀与电蚀磨损等。

（3）过量变形。如撞击与静载过量变形、纵弯失稳、蠕变翘曲、过盈压溃、热胀与泡胀畸变、冷缩和真空负压变形等。

（4）腐蚀。如化学腐蚀、电化学腐蚀、接触腐蚀、冲刷腐蚀和气穴腐蚀等。

（5）其他失效。如松动、打滑、泄漏、烧损及老化等。

2.故障诊断的一般过程与步骤

1）故障诊断的一般过程

（1）状态监测。对机械设备进行诊断首先是采集在运行中的各种信息，并通过传感器将信息变成一定的电信号（电流、电压），然后将采集的电信号进行数据处理，得到能反映机器运行状态的参数，从而实现对机器运行状态的监测。

（2）识别诊断。根据状态监测所提供的运行状态特征参数的变化，识别机器的运转是否正常，并预测机器的可靠性和性能变化的趋势。

（3）决策预防。当识别、诊断出异常状态，对其原因、部位和危险程度进行评价，研究和决定其修正和预防的办法。

2）故障诊断的步骤

（1）对故障对象的现场调查。

（2）现场的初步分析。

（3）组织会诊，全面分析，对故障提出进一步的精细分析与处置的基本对策。

（4）检测试验，查清故障原因。

根据故障的类型及其影响的基本因素，综合会诊意见、处置方法，并有针对性地对机械系统的某些分系统和零部件进行逐项检测试验，查清故障的原因。

任务实施

CAK3665数控车床Z轴故障诊断

1.现场调查故障

CAK3665数控车床不能纵向进给，X轴进给正常，无其他异常。

2.现场初步分析

因该设备是实验设备，而且经功能检验，只是Z轴进给功能异常，因此，对Z轴进给系统做重点检查。

3.检验测试、查清故障原因

首先，松开电动机与丝杠之间的连接器，给进给电动机输入运行信号，观察其运转正常，再测试其振动、声音并无异常，温度也无异常变化，排除了动力源和动力机部分的故障。然后，松开丝杠螺母副与床鞍之间的连接螺钉，手动移动床鞍，床鞍沿导轨移动并无异常。手动旋转滚珠丝杠，出现卡滞现象，出现此种现象可能是滚珠丝杠螺母副的原因，也可能是滚珠丝杠支承部分的原因，具体还需要进一步的拆卸来检查确认。

根据实际情况，可结合生产设备，现场进行CAK3665数控车床Z轴故障诊断。

知识拓展

机电设备常见故障

1.动力系统的常见故障

机电设备的动力系统包括动力源、动力机和动力传输系统。常见故障分类及其分析如下：

1）动力源的常见故障

机电设备的动力源包括电源、气源、热源和燃料供给源。常见故障包括以下3种：

（1）电源故障。设备的运转离不开电动机及电动机控制元件，当一部设备不能运转时，首先应检查电源，检查主电路的熔丝是否完好，机电设备的控制系统的保险是否完好，接触器、继电器的触点接头是否松动以及接触器的线圈是否因过电流引起毁损，再检查设备主控板的其他电气元件的完好情况。

（2）气源故障。有的设备由于功能需要还有气源，当气源出现故障时，应检查供气管路是否出现因过量变形而出现漏气；检查气阀是否能完成其打开、关闭功能，是否因腐蚀磨损而引起阀门失效。

（3）热源故障。热源零件一般在高温下工作，因此，在温度冷热变化的条件下，应检查热源零件是否出现蠕变松动和高温变形以及高温疲劳失效。

2）动力机的常见故障

动力机包括电动机、汽油机、柴油机、汽轮机等。常见故障包括以下3种：

（1）电动机故障，如电动机转子的不平衡故障。

（2）汽、柴油发动机故障，如曲轴连杆的断裂失效故障。

（3）蒸汽机故障。蒸汽机的故障大部分都发生在承压件上，也就是产生于生产蒸汽的管道、管系和压力容器。

3）动力传输系统供气供热管道的常见故障

永久地积聚在系统低压区（死角），造成众所周知的循环故障，对管路造成腐蚀；在压力的作用下，参与系统循环，增加冲蚀作用，破坏防腐保护层，损坏密封，加速水泵和阀门的磨损。

2.机械紧固件的常见故障

紧固件系统的功能是传递载荷。紧固件系统包括螺纹紧固件、铆钉、封闭式紧固件、销紧固件和特殊紧固件。紧固件常见故障部位是头杆的圆角处，螺纹紧固件上螺母内侧的第一个螺纹或杆身到螺纹的过渡处。

3.润滑系统的常见故障

润滑不仅能减少两摩擦表面之间的摩擦功耗，同时还能避免滚动和滑动表面的过度磨损。在所有的润滑方式中，都是接触表面被润滑介质隔开，此种介质可以是固体、半固体或加压的液体或气体膜。因此，润滑系统包括：流体动压润滑、流体静压润滑、弹性流体动压润滑、边界润滑及固体润滑等。

4.传动系统的常见故障

（1）轴类零件的故障。轴类零件多数是承受交变载荷的，因此，失效形式以疲劳断裂为主，有时是由于疲劳裂纹的出现和扩展而引起的脆性断裂，而这些裂纹一般都发生于轴的阶梯部位、沟槽处以及配合部位等应力集中处。因此，在交变载荷的作用下裂纹的出现和扩展导致轴类零件出现早期的断裂失效。另外，在轴的配合处还可能发生微振磨损，在微振磨损过程中有时会产生细微裂纹。

（2）齿轮类零件的故障。齿轮是传递运动和动力的通用基础零件。其类型很多，工况条件复杂多变，失效形式也是多样的。但从发生失效的部位来看，经常在轮齿部位。

轮齿部位的失效形式主要有轮齿折断、轮齿塑性变形、齿面磨损、齿面疲劳及其他损伤形式。

（3）其他零件的故障，如弹簧、轴承、卡簧、键、密封件等的故障。