機械設備因公差配合引起的故障問題及其維修技術探討

孫梅

摘要：現代化機械設備生產和維修中，配合公差的選用對產品的裝配和使用起著重要作用。由于公差配合及裝配方式的不同，在生產實踐中會經常出現故障。通過有效手段診斷潛在故障并及時予以排除，是現代維修技術中所要解決的一個重要課題。本文將針對機械設備因公差配合引起的故障問題及其維修技術進行討論。

關鍵詞：機械設備 公差配合 故障 維修技術

中圖分類號：TH124 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2017）08-0193-02

機械設備故障，是指機械的各項技術指標偏離了它的正常工作狀況。機械設備在生產過程中，主要采用分散加工、集中裝配這兩種方式來提高生產效率，這樣才能保證產品質量，降低生產成本。同時這也要求機械設備零件具有互換性，這里并不是要求每個零件都精確加工成特定的尺寸，只要能在規定的尺寸范圍內使用即可。而“配合”指的是基本尺寸相同的孔和軸相互結合的公差帶之間的關系。

一、影響機械設備故障產生的原因

影響機械設備故障產生的因素很多，譬如：設計規劃、材料選擇、制造質量、裝配質量。在設計規劃中，首先對機械設備即將工作條件要有準確的評估，掌控其中可能出現的變異狀況，對設計圖和技術文件要嚴格掌控。在材料選擇方面要根據零件性質和特點選擇材料，材質要符合要求，質量不過關就會導致磨損、腐蝕、變形等狀況，所以在質量制造時工藝要過關，符合鍛造要求。裝配時要遵守正確的配合要求，裝配的零件之間位置要精準，否則容易產生偏磨。如果以上幾種情況有所發生，一定要合理維修，在修復過程中要按規程執行操作。

機械設備在使用過程中，發生故障時要對問題進行及時排查和解決。要求維修人員要充分掌握維修設備的理論知識，尤其在因公差配合引起的故障方面，更要有豐富的經驗，這樣才能在找到故障后的維修工作中得心應手。

二、機械設備故障的診斷技術

故障診斷技術分為簡易診斷、精密診斷、功能診斷和運行診斷、定期診斷和不定期診斷、直接診斷和間接診斷、常規診斷和特殊診斷。這些診斷技術，都是通過人體的感官觀察到故障信號，用豐富的經驗和維修技術，達到維修目的。這樣的診斷對普通機械設備的維修是非常重要的。對于比較嚴重的問題，振動測量是專業性比較強的一種診斷技術。根據振動的強弱來判斷設備故障，繼而進行維修。

三、機械設備公差配合中過盈配合問題

我們知道公差配合的類型有三種：間隙配合、過渡配合和過盈配合。其中的過盈配合是指軸與孔之間沒有間隙，軸與孔緊密地固聯在一起，軸將不能單獨轉動。過渡配合是指介于間隙配合與過盈配合之間的配合，有可能出現間隙或者出現過盈。在這三種配合類型中，過盈配合是機械生產和維修中最常見的一種裝配方式，引發的故障現象較多。

在機械加工和制造過程中，過盈配合屬于緊配合中的一種，也就是說相配對的軸徑（鍵寬）要大于孔徑（鍵槽），必須采用特殊工具擠壓進去，或利用熱脹冷縮的特性，將孔（鍵槽）加熱，趁孔徑擴大，迅速套到軸上，待冷卻收縮后兩個零件就緊緊配合成一體了。如果碰到有些零件不能采取加熱，也可將軸（鍵）放在干冰里冷卻，效果一樣。

四、公差配合引起故障問題的檢查分析

機械的裝配質量首先是要有正確的配合要求。配合間隙的極限值包括了裝配后（經過磨合后）的初始間隙，當初始間隙過大時，機械的有效壽命期就會縮短。理想的動配合件的裝配間隙應該是公差的下限值。裝配中各零件之間相互的位置精度也很重要，如同軸度、平行度、垂直度等。當達不到精度要求時，可能引起附加應力、偏磨等后果，從而加速零件的失效。

（一）確定基本偏差的三種方法

1.計算法

根據一定的理論和公式，計算出所需間隙或過盈的大小，進而確定基本偏差的方法。對于間隙配合種類，主要是依據流體力學中的潤滑理論；對于過盈配合種類，則是依據材料力學和工程材料的彈性、塑性變形理論。通過計算機編制專用程序，輸入必要參數，即可迅速準確地得出公差與配合的選擇方案。

2.試驗法

根據模擬的或真實的情況，經過長時間和復雜的試驗而得出最合理的間隙值或過盈值。這是一種最可靠的方法，但費用大、歷時長，所以只適用于特別重要的配合。

3.類比法

這種方法的主要依據是參照經過實踐證明業已成功的同類配合，確定所選擇的配合。它方便、實用、經濟、相對可靠，所以應用最為廣泛。采用類比法時，必須了解原機器或機構的實用情況，分析機器或機構的功用、工作條件和技術要求。

（二）設備故障規律和三個時期

對應著磨損示意圖，可以畫出設備的故障率曲線，故障率曲線也分為三個階段，由于故障率曲線像一個浴盆，故稱之為“浴盆曲線”。

設備維修期內的故障狀態分三個時期：

1.初始故障期

初始故障期又被成為設備的磨合期。在此階段，開始時發生的故障很多，主要是由于材料缺陷、設計制造質量差、裝配失誤、操作不熟練等原因造成的。初始故障期的設備維保策略是：檢查、記錄、緊固、調整潤滑磨合期的油品替換、控制生產負荷逐漸達到設計值。

2.偶發故障期

偶發故障期是指偶爾發生故障，是隨機的，故障率比較低，設備大部分時間處于穩定狀態，是正常工作期或最佳狀態期。偶發故障期的設備維保策略是：清掃、檢查、潤滑、調整、堵漏、防腐、研究設備劣化條件，進行健康管理；周期局部深度保養。

3.耗損故障期

機械設備在使用到后期，設備零件的磨損、腐蝕和老化現象不斷飆升，所以，此時的損耗故障期開始進行大修，可以經濟而又有效地降低故障率。耗損故障期的設備維保策略是：清掃、檢查、潤滑、調整、堵漏、防腐；可裁剪式糾正維修；局部改造、主動維修，重點工作是進行預防性維修和改善性維修。

以上這三種故障的發生，被稱為規律性故障。此外，遇到復雜設備的故障，必須及時排除、修復和更新故障零件，可使設備故障率成為常數。

五、公差配合引起的故障問題的維修技術

機械設備在使用過程中，各部分之間會產生磨損、疲勞和老化，這種老化可以借助修理的方法得到全部或局部的補償。這是因為在機械設備的有形老化中，有一些可以通過修理的方法予以恢復，也有一些在目前條件下還無法徹底恢復。所以經過修理的機械，其機械性能和使用效率是逐次遞減的。

機械設備老化可分為兩種老化形式，一種是有形老化，一種是無形老化。有形老化指的是零件內部的原始尺寸和形狀發生了改變，還有的是零件間的公差配合發生變化，精準度降低。零件外部遭受破壞，或者在閑置過程中零件遭受腐蝕、變形和質變，這些都是可看得見的有形老化。無形老化指的是由于科技不斷進步，生產工藝更新換代，使得這種機械的價格遭遇貶值。還有一種就是機械設備推陳出新，原來的機械相對貶值。

如果機械設備已經達到完全有形老化，而它的無形老化期還沒有到來，則通常采用修理的形式補償。由于目前技術的飛躍發展，無形老化期時間已大大縮短，所以在修理中，適時地進行改造性修理，才能使機械設備適應生產技術的發展。由于故障模式千變萬化，即使一個系統、一臺機器，其故障模式也是復雜的。

機械設備在礦山工作中，公差配合引發的故障時有發生。譬如，我們在礦山作業中使用的錘式破碎機，其轉子軸承會因承受很大的沖擊載荷而發熱，高達90℃。其使用的22324軸承內圈與主軸軸徑的公差配合是準120k6，隨著工作溫度升高，軸承內圈與軸徑會產生程度不同的差異，繼而發生故障。而修理后的機械設備的技術狀況很難達到原設計要求。所以機械設備隨著修理人員的努力，完全可以減少上述遞減幅度，但是要想完全清除上述遞減性，僅是通過修理的方法，是很難做到的。

國外采用修理方式包括：預防修理和事后修理。預防修理是為了預防設備的功能與精度降低到臨界點，而事先制定計劃進行修理的活動，它包括狀態檢測修理，就是采用日常點檢和定期檢查設備狀態，在故障發生前進行修理和排查。定期修理就是對設備周期性的檢查，事先確定修理內容和技術要求。事后修理指設備發生故障不能再使用后而進行的非計劃修理。

六、結語

很多企業對設備故障并沒有足夠的分析，通常是遇到問題才解決問題，并沒有抓住故障發生的規律，也沒有從以往的故障中吸取經驗和教訓，防止問題再發，這樣對企業設備管理水平的提升毫無幫助。機械設備的使用狀況是隨著時間的推移而逐漸惡化的，機械設備發生故障的可能性也是隨著機械使用時間的延長而逐漸增大的。因公差配合引發的故障有其隨意性，無法預測其發生的時間與嚴重程度。但是故障是可以預防的。故障的診斷方法可以準確地排查故障的具體位置和嚴重性。本文通過對機械設備公差配合引起的故障問題進行分析，為機械設備的故障診斷與維護提供一定的參考與借鑒。

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責任編輯：于 蕾