关于机械零部件检测与质量管理的探究

李超

摘 要：该文就一些机械零部件的常见故障进行论述，分析机械零部件工作状况以及设备检验情况，并探究机械设备检验过程中产品质量和检测技术的有效提升策略，为机械设备更好地服务生产制造提供一些参考。

关键词：机械零部件;常见故障;检测

引言

机械设备在各行业扮演着重要的角色，研究机械故障特征提取技术对于保障机械设备运行的可靠性具有重要的现实意义。由于机械恶劣的工作环境及设备内部各零部件之间相互祸合的关系，故障特征极易被淹没。因此，强噪声背景下如何准确有效地提取故障特征是机械故障诊断领域研究不解追求的目标。

1、机械零部件故障类型

1.1齿轮故障

1.1.1断齿

齿轮断齿主要是由于齿根处的弯曲应力过大、加工时的刀痕以及齿根圆和轮齿处表面的突变引起的应力集中造成的。另外当齿轮经常受到冲击及过载、齿轮的长期工作，产生疲劳裂纹等原因也会导致轮齿疲劳折断。

1.1.2齿面磨料磨损

齿轮运转过程中，齿面间落入金属氧化物、金属微粒或其它硬质磨料时，落入的硬质微粒以微粒切削的形式引起齿面的磨料磨损。另外，传动系统的润滑不清洁、过载也会导致齿面的磨损。这种现象在实际工作中是较为常见的磨损原因。

1.1.3齿面接触疲劳

齿轮材料疲劳会引起齿面疲劳剥落。当载荷较大使齿面接触应力超出材料所允许的疲劳极限时，轮齿表面层会产生微细的裂纹，并演变为由小块剥落逐渐扩大成整块剥落而使齿轮发生失效。随着故障的发展，当齿面剩余的工作面积已经无法承受外部载荷时，整个齿将产生断裂现象。

1.2导轨故障

导轨大量应用于机械设备传导机构上，其工作时长负荷大，常出现滚动元件循环不良，导轨磨损、生锈、破裂等现象。导致机构摩擦阻力变大，磨损量逐渐增加，直至积蓄到无法正常运行。其中滚动元件润滑不充分的情况下，金属之间硬性摩擦导致粉末的产生，长时间积累发生磨损现象。生锈情况多出现于保养环境不到位，有水溶性液体渗入或高湿度环境所致。破裂现象多出现于滚动体循环不良导致的金属材料疲劳状态下，或承受过大的冲击载荷，超越了导轨本身刚性条件。另外润滑油脂使用方式也应配合所在环境，防止高温使油脂蒸发氧化过快，避免在含大量氧化物的异常环境下产生爬行现象。

1.3滚动轴承故障

滚动轴承作为旋转机械中应用最广泛的关键基础部件之一，具有摩擦系数小、运行精度高、互换性好等优点，在各类旋转结构中都发挥着不可替代的作用。以图1高速旋转运动部为例，在牵引电机—齿轮箱—车轮对整个动力传递链上都有滚动轴承的应用。与此同时，由于长期处在高速、重载的工作环境下，滚动轴承也是最易受损的部件之一。据统计，旋转机械中出现的故障约有45-55%是由滚动轴承失效引起的。其失效形式主要包括：滚动体或滚道表面的擦伤、压痕、点蚀、剥落，保持架变形、开裂等局部缺陷和由加工误差引起的表面粗糙度、波纹度等分布式缺陷。有报道指出，在球轴承中，出现在内、外圈滚道上的局部缺陷是其故障的主要表现形式，约占90%左右。

滚动轴承的失效将会给机械设备的运行安全带来巨大隐患，轻则导致输入动力设备超载损坏，重则若使载运工具发生事故，将带来人员伤亡和不可估量的经济损失等。正所谓“千里之堤，溃于蚁穴”，若能及时准确地识别出机械设备运行过程中滚动轴承故障的萌生和演变，则可以有效减少或避免各种事故的发生。因此，针对滚动轴承的状态监测和故障诊断，是保障机械设备健康服役的重要组成部分。尤其是在故障机理与表征形式、强噪声背景下微弱故障特征提取、轴承复合故障诊断、故障尺寸或故障损伤程度估计等方面，需要广大科研人员的关注。

2、机械零部件检测与质量管理

2.1温度监测法

温度作为反映物体冷热程度的物理量，不仅仅是生产中的重要工艺参数，更是表征设备运行状态的一个重要指标。设备出现机械、电气故障的一个明显特征就是温度的异常变化，该特征也是引发设备故障的一个重要因素。针对轴承和导轨及齿轮，可预先设定温度阂值并利用接触式或非接触式测温仪器对其进行监测，根据温度或温度分布判断该零部件的工作状态和故障。该方法普遍适用于固定旋转类机械的零部件出现磨损后异常工作状态的判断，但有一定局限性。

2.2油样分析法

作为一种磨损颗粒分析技术，油样分析法于20世纪70年代起便应用于机械设备状态监测与故障诊断领域，是实现故障诊断的重要手段之一。该方法利用油样分析仪器对油样中的颗粒作定性或定量分析以判断设备零部件的磨损部位、磨损类型及磨损程度。其中，铁谱分析技术己拓展至液压系统、轴承及导轨齿轮等零部件故障诊断上。该技术通过观察铁谱片上磨损颗粒的排列规律判断零是否存在故障。除铁谱分析技术外，光谱分析技术也是油样分析法的重要手段之一。该技术通过特定元素的特征谱线检测油样中所含金属元素的種类及浓度，借此判断磨损部位及磨损程度。然而，该方法难以应对突发故障且对脂润滑零部件存在误判和漏判现象，具有较大局限性。

2.3声发射检测法

声发射作为一种近年发展起来的动态无损检测方法，能够在不损坏金属材料的前提下判断设备零部件是否存在缺陷。当故障轴承和齿轮与祸合零部件接触时，携带故障信息的声发射信号被激励，通过对声发射信号的分析处理可以得到故障类型。该技术对材料的微弱故障较为敏感，具有较好的故障预警特性。但由于该方法昂贵的硬件需求及易受噪声环境干扰的特性，声发射检测法的应用受到一定的限制。

2.4振动分析法

当机械设备零部件发生故障时，零部件之间的接触冲击增大并激发一系列周期性冲击，该冲击传递到机体表面则表现为机械振动。因此，从机械设备采集得到局部振动信号通常携带大量表征设备健康程度的信息，通过适当信号处理方法对采集得到的振动信号源进行分析处理可提取故障特征，从而实现对机械零部件的工作状态进行监测与诊断。振动分析法被广泛地使用在机械设备状态监测与故障诊断领域，且通过一些实验证明该方法是各类诊断手段中最成熟有效的，具有可靠性强和诊断准确的优点。

结语

机械设备零部件除单一故障外存在复合故障，如内外圈故障、滚动体故障和运动受阻等同时存在，如何准确有效地诊断此类故障是值得研究的。因此，有必要探索特征提取技术在复合故障诊断中的可能性，为实现多故障旋转类实验机械状态监测与故障诊断提供准确有效的手段。

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