故障樹模式分析與排除某設備搖臂復位故障

摘要：本文通過建立故障樹，列出彈簧扭力偏小、螺栓阻礙襯套運動等2項基本事件，經過計算和運動機理分析，在故障現象難以復現的情況下找出了搖臂機構故障原因。

關鍵詞：故障樹；彈簧；計算；運動機理

1.故障現象

某設備出廠驗收時需進行各項功能檢測，其中一項振鈴檢測可測試設備內電路是否導通從而判斷其能否正常工作。某批次設備出廠驗收時發現有兩臺設備做振鈴檢測時振鈴未響，工作信號燈未亮。經檢查將故障定位為設備內搖臂未正常復位。

2.故障分析

搖臂復位機構的復位動作由彈簧產生，復位時搖臂及襯套繞螺栓運動一定角度。通過對搖臂運動機理的分析建立故障樹（見圖1）：

圖1 故障樹

針對可能導致事件A發生的各種原因，列出了2種基本事件。

2.1彈簧扭力偏小C1

搖臂所用彈簧為串聯雙扭結構，鋼絲直徑d=2.1mm，扭簧中徑D2=8.4mm，有效圈數n =4（單邊為4圈，總8圈），a1=36mm， a2=23mm。（見圖2）

圖2 彈簧示意圖

首先由公式（a1 +a2）≥0.09πD2n來判斷扭臂的變形是否考慮。

a1 +a2=36+23=59mm，0.09πD2n =0.09×π×8.4×4= 9.49536 mm

可以看出（a1 +a2）>0.09πD2n所以應該考慮扭臂變形。

按考慮扭臂變形時的計算公式計算：

單邊扭矩P`rd=21000×2.34/[3667×8.4×4+389×（36+23）] [1]

當旋轉到45°時力矩M= P`rd×45°×2= 27 kgf·m

通過該公式計算可以得出彈簧扭矩滿足指標要求。同時，對庫存50件彈簧及包含故障設備所用彈簧在內的同批次20件彈簧力矩進行了重新復驗，均符合（245—343N.m）設計要求。

因此，彈簧扭矩偏小可以排除。

2.2螺栓阻礙襯套運動D1

螺栓為搖臂的轉動軸，通過螺紋連接在終端開關機構殼體上（見圖3）。在搖臂復位時，搖臂及襯套會繞螺栓轉動（搖臂與襯套為過盈配合，視為一整體）。螺栓上如有突起，與襯套內壁接觸時在彈簧內圈的壓力下可能產生較大阻礙，影響搖臂轉動靈活性。檢查本批次故障設備，發現其螺栓中部有環形劃痕，放大鏡觀察搖臂軸套內壁可在相應位置發現環形劃痕，懷疑為螺栓上毛刺在裝配過程中掉落，形成多余物卡滯在軸套中造成。用此零件重新裝配后搖臂無法復位問題不再復現，為進一步驗證，檢查生產線上和庫存的80多件螺栓，發現6件有螺紋突起毛刺， 而所有螺栓外圓、襯套內孔尺寸經檢查均合格。從中挑選了2件螺栓，重新裝配了兩套終端開關機構組件，進行手動測試，未發現搖臂無法復位現象；再將這兩件螺栓拆除后發現，經過一次裝配后螺紋根部的毛刺突起已被摩擦掉。

圖3 螺栓突起示意圖

因此，雖然故障現象沒有復現，但通過故障樹模式方法進行排除并結合運動機理分析，確定該設備內搖臂無法復位的原因為：螺栓阻礙襯套運動，即螺栓上收尾螺紋的突起毛刺阻礙搖臂及襯套運動。

3.故障排除

3.1毛刺生成機理

螺栓車出外形后用板牙M4×0.7-6e制螺紋，板牙制螺紋與車刀制螺紋最大的區別就是在板牙收尾退出點會形成明顯的毛刺點，大概高度為0.1mm以上（按板牙情況核定），只能用細銼刀沿外圓平推去掉毛刺。毛刺會隨裝配進入襯套，螺栓與襯套配合間隙經核算為0.05～0.225mm，如果毛刺包絡尺寸小于0.05mm，則在裝配后因小于間隙下限不影響襯套轉動；如果毛刺包絡尺寸在0.05～0.225mm之間，則裝配后在間隙中會產生一定的摩擦力，而彈簧隨著彈性開口的變大，彈力逐漸變小，當彈力與摩擦力持平時，則停止轉動，從而使搖臂復位失效。

3.2處理措施

完善工藝規程，明確螺栓去除毛刺工步并增加檢驗工序；所有螺栓全部報廢，重新加工。

參考文獻：

[1]聞邦椿.機械設計手冊：第3卷.5版[M].北京：機械工業出版社，2010.1.

作者簡介：張煜（1983-），男，湖北襄陽人，研究方向：機電工程。