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摘要：现代化机械设备生产和维修中，配合公差的选用对产品的装配和使用起着重要作用。由于公差配合及装配方式的不同，在生产实践中会经常出现故障。通过有效手段诊断潜在故障并及时予以排除，是现代维修技术中所要解决的一个重要课题。本文将针对机械设备因公差配合引起的故障问题及其维修技术进行讨论。
关键词：机械设备 公差配合 故障 维修技术
中图分类号：TH124 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2017）08-0193-02
机械设备故障，是指机械的各项技术指标偏离了它的正常工作状况。机械设备在生产过程中，主要采用分散加工、集中装配这两种方式来提高生产效率，这样才能保证产品质量，降低生产成本。同时这也要求机械设备零件具有互换性，这里并不是要求每个零件都精确加工成特定的尺寸，只要能在规定的尺寸范围内使用即可。而“配合”指的是基本尺寸相同的孔和轴相互结合的公差带之间的关系。
一、影响机械设备故障产生的原因
影响机械设备故障产生的因素很多，譬如：设计规划、材料选择、制造质量、装配质量。在设计规划中，首先对机械设备即将工作条件要有准确的评估，掌控其中可能出现的变异状况，对设计图和技术文件要严格掌控。在材料选择方面要根据零件性质和特点选择材料，材质要符合要求，质量不过关就会导致磨损、腐蚀、变形等状况，所以在质量制造时工艺要过关，符合锻造要求。装配时要遵守正确的配合要求，装配的零件之间位置要精准，否则容易产生偏磨。如果以上几种情况有所发生，一定要合理维修，在修复过程中要按规程执行操作。
机械设备在使用过程中，发生故障时要对问题进行及时排查和解决。要求维修人员要充分掌握维修设备的理论知识，尤其在因公差配合引起的故障方面，更要有丰富的经验，这样才能在找到故障后的维修工作中得心应手。
二、机械设备故障的诊断技术
故障诊断技术分为简易诊断、精密诊断、功能诊断和运行诊断、定期诊断和不定期诊断、直接诊断和间接诊断、常规诊断和特殊诊断。这些诊断技术，都是通过人体的感官观察到故障信号，用丰富的经验和维修技术，达到维修目的。这样的诊断对普通机械设备的维修是非常重要的。对于比较严重的问题，振动测量是专业性比较强的一种诊断技术。根据振动的强弱来判断设备故障，继而进行维修。
三、机械设备公差配合中过盈配合问题
我们知道公差配合的类型有三种：间隙配合、过渡配合和过盈配合。其中的过盈配合是指轴与孔之间没有间隙，轴与孔紧密地固联在一起，轴将不能单独转动。过渡配合是指介于间隙配合与过盈配合之间的配合，有可能出现间隙或者出现过盈。在这三种配合类型中，过盈配合是机械生产和维修中最常见的一种装配方式，引发的故障现象较多。
在机械加工和制造过程中，过盈配合属于紧配合中的一种，也就是说相配对的轴径（键宽）要大于孔径（键槽），必须采用特殊工具挤压进去，或利用热胀冷缩的特性，将孔（键槽）加热，趁孔径扩大，迅速套到轴上，待冷却收缩后两个零件就紧紧配合成一体了。如果碰到有些零件不能采取加热，也可将轴（键）放在干冰里冷却，效果一样。
四、公差配合引起故障问题的检查分析
机械的装配质量首先是要有正确的配合要求。配合间隙的极限值包括了装配后（经过磨合后）的初始间隙，当初始间隙过大时，机械的有效寿命期就会缩短。理想的动配合件的装配间隙应该是公差的下限值。装配中各零件之间相互的位置精度也很重要，如同轴度、平行度、垂直度等。当达不到精度要求时，可能引起附加应力、偏磨等后果，从而加速零件的失效。
（一）确定基本偏差的三种方法
1.计算法
根据一定的理论和公式，计算出所需间隙或过盈的大小，进而确定基本偏差的方法。对于间隙配合种类，主要是依据流体力学中的润滑理论；对于过盈配合种类，则是依据材料力学和工程材料的弹性、塑性变形理论。通过计算机编制专用程序，输入必要参数，即可迅速准确地得出公差与配合的选择方案。
2.试验法
根据模拟的或真实的情况，经过长时间和复杂的试验而得出最合理的间隙值或过盈值。这是一种最可靠的方法，但费用大、历时长，所以只适用于特别重要的配合。
3.类比法
这种方法的主要依据是参照经过实践证明业已成功的同类配合，确定所选择的配合。它方便、实用、经济、相对可靠，所以应用最为广泛。采用类比法时，必须了解原机器或机构的实用情况，分析机器或机构的功用、工作条件和技术要求。
（二）设备故障规律和三个时期
对应着磨损示意图，可以画出设备的故障率曲线，故障率曲线也分为三个阶段，由于故障率曲线像一个浴盆，故称之为“浴盆曲线”。
设备维修期内的故障状态分三个时期：
1.初始故障期
初始故障期又被成為设备的磨合期。在此阶段，开始时发生的故障很多，主要是由于材料缺陷、设计制造质量差、装配失误、操作不熟练等原因造成的。初始故障期的设备维保策略是：检查、记录、紧固、调整润滑磨合期的油品替换、控制生产负荷逐渐达到设计值。
2.偶发故障期
偶发故障期是指偶尔发生故障，是随机的，故障率比较低，设备大部分时间处于稳定状态，是正常工作期或最佳状态期。偶发故障期的设备维保策略是：清扫、检查、润滑、调整、堵漏、防腐、研究设备劣化条件，进行健康管理；周期局部深度保养。
3.耗损故障期
机械设备在使用到后期，设备零件的磨损、腐蚀和老化现象不断飙升，所以，此时的损耗故障期开始进行大修，可以经济而又有效地降低故障率。耗损故障期的设备维保策略是：清扫、检查、润滑、调整、堵漏、防腐；可裁剪式纠正维修；局部改造、主动维修，重点工作是进行预防性维修和改善性维修。 以上这三种故障的发生，被称为规律性故障。此外，遇到复杂设备的故障，必须及时排除、修复和更新故障零件，可使设备故障率成为常数。
五、公差配合引起的故障问题的维修技术
机械设备在使用过程中，各部分之间会产生磨损、疲劳和老化，这种老化可以借助修理的方法得到全部或局部的补偿。这是因为在机械设备的有形老化中，有一些可以通过修理的方法予以恢复，也有一些在目前条件下还无法彻底恢复。所以经过修理的机械，其机械性能和使用效率是逐次递减的。
机械设备老化可分为两种老化形式，一种是有形老化，一种是无形老化。有形老化指的是零件内部的原始尺寸和形状发生了改变，还有的是零件间的公差配合发生变化，精准度降低。零件外部遭受破坏，或者在闲置过程中零件遭受腐蚀、变形和质变，这些都是可看得见的有形老化。无形老化指的是由于科技不断进步，生产工艺更新换代，使得这种机械的价格遭遇贬值。还有一种就是机械设备推陈出新，原来的机械相对贬值。
如果机械设备已经达到完全有形老化，而它的无形老化期还没有到来，则通常采用修理的形式补偿。由于目前技术的飞跃发展，无形老化期时间已大大缩短，所以在修理中，适时地进行改造性修理，才能使机械设备适应生产技术的发展。由于故障模式千变万化，即使一个系统、一台机器，其故障模式也是复杂的。
机械设备在矿山工作中，公差配合引发的故障时有发生。譬如，我们在矿山作业中使用的锤式破碎机，其转子轴承会因承受很大的冲击载荷而发热，高达90℃。其使用的22324轴承内圈与主轴轴径的公差配合是准120k6，随着工作温度升高，轴承内圈与轴径会产生程度不同的差异，继而发生故障。而修理后的机械设备的技术状况很难达到原设计要求。所以机械设备随着修理人员的努力，完全可以减少上述递减幅度，但是要想完全清除上述递减性，仅是通过修理的方法，是很难做到的。
国外采用修理方式包括：预防修理和事后修理。预防修理是为了预防设备的功能與精度降低到临界点，而事先制定计划进行修理的活动，它包括状态检测修理，就是采用日常点检和定期检查设备状态，在故障发生前进行修理和排查。定期修理就是对设备周期性的检查，事先确定修理内容和技术要求。事后修理指设备发生故障不能再使用后而进行的非计划修理。
六、结语
很多企业对设备故障并没有足够的分析，通常是遇到问题才解决问题，并没有抓住故障发生的规律，也没有从以往的故障中吸取经验和教训，防止问题再发，这样对企业设备管理水平的提升毫无帮助。机械设备的使用状况是随着时间的推移而逐渐恶化的，机械设备发生故障的可能性也是随着机械使用时间的延长而逐渐增大的。因公差配合引发的故障有其随意性，无法预测其发生的时间与严重程度。但是故障是可以预防的。故障的诊断方法可以准确地排查故障的具体位置和严重性。本文通过对机械设备公差配合引起的故障问题进行分析，为机械设备的故障诊断与维护提供一定的参考与借鉴。
参考文献：
[1]安晓卫，李衡，徐万孚.配合面公差对机械密封环密封性能的影响[J].沈阳理工大学学报，2016（6）：92-98.
[2]杜毅.异步电动机常用滚动轴承配合与游隙的浅析[J].甘肃科技，2016（18）：64-66.
[3]赵丹.公差配合在机械设计与机械制造中的应用研究[J].科技展望，2016（23）：95.
[4]赵良贵.机械设备因公差配合引起的故障问题及其维修技术探讨[J].机电信息，2016（12）：106-107.
[5]邹桦，石莲英.公差配合在机械设计与机械制造中的应用[J].时代农机，2015（5）：54-55.
[6]李喜桥.加工工艺学（第2版）[EB/OL].http：//www.docin.com/p-234096950.html.
[7]易新乾.机械修理学讲座[EB/OL].http：//bbs.cmiw.cn/forum.php？mod=viewthread
关键词：机械设备 公差配合 故障 维修技术
中图分类号：TH124 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2017）08-0193-02
机械设备故障，是指机械的各项技术指标偏离了它的正常工作状况。机械设备在生产过程中，主要采用分散加工、集中装配这两种方式来提高生产效率，这样才能保证产品质量，降低生产成本。同时这也要求机械设备零件具有互换性，这里并不是要求每个零件都精确加工成特定的尺寸，只要能在规定的尺寸范围内使用即可。而“配合”指的是基本尺寸相同的孔和轴相互结合的公差带之间的关系。
一、影响机械设备故障产生的原因
影响机械设备故障产生的因素很多，譬如：设计规划、材料选择、制造质量、装配质量。在设计规划中，首先对机械设备即将工作条件要有准确的评估，掌控其中可能出现的变异状况，对设计图和技术文件要严格掌控。在材料选择方面要根据零件性质和特点选择材料，材质要符合要求，质量不过关就会导致磨损、腐蚀、变形等状况，所以在质量制造时工艺要过关，符合锻造要求。装配时要遵守正确的配合要求，装配的零件之间位置要精准，否则容易产生偏磨。如果以上几种情况有所发生，一定要合理维修，在修复过程中要按规程执行操作。
机械设备在使用过程中，发生故障时要对问题进行及时排查和解决。要求维修人员要充分掌握维修设备的理论知识，尤其在因公差配合引起的故障方面，更要有丰富的经验，这样才能在找到故障后的维修工作中得心应手。
二、机械设备故障的诊断技术
故障诊断技术分为简易诊断、精密诊断、功能诊断和运行诊断、定期诊断和不定期诊断、直接诊断和间接诊断、常规诊断和特殊诊断。这些诊断技术，都是通过人体的感官观察到故障信号，用丰富的经验和维修技术，达到维修目的。这样的诊断对普通机械设备的维修是非常重要的。对于比较严重的问题，振动测量是专业性比较强的一种诊断技术。根据振动的强弱来判断设备故障，继而进行维修。
三、机械设备公差配合中过盈配合问题
我们知道公差配合的类型有三种：间隙配合、过渡配合和过盈配合。其中的过盈配合是指轴与孔之间没有间隙，轴与孔紧密地固联在一起，轴将不能单独转动。过渡配合是指介于间隙配合与过盈配合之间的配合，有可能出现间隙或者出现过盈。在这三种配合类型中，过盈配合是机械生产和维修中最常见的一种装配方式，引发的故障现象较多。
在机械加工和制造过程中，过盈配合属于紧配合中的一种，也就是说相配对的轴径（键宽）要大于孔径（键槽），必须采用特殊工具挤压进去，或利用热胀冷缩的特性，将孔（键槽）加热，趁孔径扩大，迅速套到轴上，待冷却收缩后两个零件就紧紧配合成一体了。如果碰到有些零件不能采取加热，也可将轴（键）放在干冰里冷却，效果一样。
四、公差配合引起故障问题的检查分析
机械的装配质量首先是要有正确的配合要求。配合间隙的极限值包括了装配后（经过磨合后）的初始间隙，当初始间隙过大时，机械的有效寿命期就会缩短。理想的动配合件的装配间隙应该是公差的下限值。装配中各零件之间相互的位置精度也很重要，如同轴度、平行度、垂直度等。当达不到精度要求时，可能引起附加应力、偏磨等后果，从而加速零件的失效。
（一）确定基本偏差的三种方法
1.计算法
根据一定的理论和公式，计算出所需间隙或过盈的大小，进而确定基本偏差的方法。对于间隙配合种类，主要是依据流体力学中的润滑理论；对于过盈配合种类，则是依据材料力学和工程材料的弹性、塑性变形理论。通过计算机编制专用程序，输入必要参数，即可迅速准确地得出公差与配合的选择方案。
2.试验法
根据模拟的或真实的情况，经过长时间和复杂的试验而得出最合理的间隙值或过盈值。这是一种最可靠的方法，但费用大、历时长，所以只适用于特别重要的配合。
3.类比法
这种方法的主要依据是参照经过实践证明业已成功的同类配合，确定所选择的配合。它方便、实用、经济、相对可靠，所以应用最为广泛。采用类比法时，必须了解原机器或机构的实用情况，分析机器或机构的功用、工作条件和技术要求。
（二）设备故障规律和三个时期
对应着磨损示意图，可以画出设备的故障率曲线，故障率曲线也分为三个阶段，由于故障率曲线像一个浴盆，故称之为“浴盆曲线”。
设备维修期内的故障状态分三个时期：
1.初始故障期
初始故障期又被成為设备的磨合期。在此阶段，开始时发生的故障很多，主要是由于材料缺陷、设计制造质量差、装配失误、操作不熟练等原因造成的。初始故障期的设备维保策略是：检查、记录、紧固、调整润滑磨合期的油品替换、控制生产负荷逐渐达到设计值。
2.偶发故障期
偶发故障期是指偶尔发生故障，是随机的，故障率比较低，设备大部分时间处于稳定状态，是正常工作期或最佳状态期。偶发故障期的设备维保策略是：清扫、检查、润滑、调整、堵漏、防腐、研究设备劣化条件，进行健康管理；周期局部深度保养。
3.耗损故障期
机械设备在使用到后期，设备零件的磨损、腐蚀和老化现象不断飙升，所以，此时的损耗故障期开始进行大修，可以经济而又有效地降低故障率。耗损故障期的设备维保策略是：清扫、检查、润滑、调整、堵漏、防腐；可裁剪式纠正维修；局部改造、主动维修，重点工作是进行预防性维修和改善性维修。 以上这三种故障的发生，被称为规律性故障。此外，遇到复杂设备的故障，必须及时排除、修复和更新故障零件，可使设备故障率成为常数。
五、公差配合引起的故障问题的维修技术
机械设备在使用过程中，各部分之间会产生磨损、疲劳和老化，这种老化可以借助修理的方法得到全部或局部的补偿。这是因为在机械设备的有形老化中，有一些可以通过修理的方法予以恢复，也有一些在目前条件下还无法彻底恢复。所以经过修理的机械，其机械性能和使用效率是逐次递减的。
机械设备老化可分为两种老化形式，一种是有形老化，一种是无形老化。有形老化指的是零件内部的原始尺寸和形状发生了改变，还有的是零件间的公差配合发生变化，精准度降低。零件外部遭受破坏，或者在闲置过程中零件遭受腐蚀、变形和质变，这些都是可看得见的有形老化。无形老化指的是由于科技不断进步，生产工艺更新换代，使得这种机械的价格遭遇贬值。还有一种就是机械设备推陈出新，原来的机械相对贬值。
如果机械设备已经达到完全有形老化，而它的无形老化期还没有到来，则通常采用修理的形式补偿。由于目前技术的飞跃发展，无形老化期时间已大大缩短，所以在修理中，适时地进行改造性修理，才能使机械设备适应生产技术的发展。由于故障模式千变万化，即使一个系统、一台机器，其故障模式也是复杂的。
机械设备在矿山工作中，公差配合引发的故障时有发生。譬如，我们在矿山作业中使用的锤式破碎机，其转子轴承会因承受很大的冲击载荷而发热，高达90℃。其使用的22324轴承内圈与主轴轴径的公差配合是准120k6，随着工作温度升高，轴承内圈与轴径会产生程度不同的差异，继而发生故障。而修理后的机械设备的技术状况很难达到原设计要求。所以机械设备随着修理人员的努力，完全可以减少上述递减幅度，但是要想完全清除上述递减性，仅是通过修理的方法，是很难做到的。
国外采用修理方式包括：预防修理和事后修理。预防修理是为了预防设备的功能與精度降低到临界点，而事先制定计划进行修理的活动，它包括状态检测修理，就是采用日常点检和定期检查设备状态，在故障发生前进行修理和排查。定期修理就是对设备周期性的检查，事先确定修理内容和技术要求。事后修理指设备发生故障不能再使用后而进行的非计划修理。
六、结语
很多企业对设备故障并没有足够的分析，通常是遇到问题才解决问题，并没有抓住故障发生的规律，也没有从以往的故障中吸取经验和教训，防止问题再发，这样对企业设备管理水平的提升毫无帮助。机械设备的使用状况是随着时间的推移而逐渐恶化的，机械设备发生故障的可能性也是随着机械使用时间的延长而逐渐增大的。因公差配合引发的故障有其随意性，无法预测其发生的时间与严重程度。但是故障是可以预防的。故障的诊断方法可以准确地排查故障的具体位置和严重性。本文通过对机械设备公差配合引起的故障问题进行分析，为机械设备的故障诊断与维护提供一定的参考与借鉴。
参考文献：
[1]安晓卫，李衡，徐万孚.配合面公差对机械密封环密封性能的影响[J].沈阳理工大学学报，2016（6）：92-98.
[2]杜毅.异步电动机常用滚动轴承配合与游隙的浅析[J].甘肃科技，2016（18）：64-66.
[3]赵丹.公差配合在机械设计与机械制造中的应用研究[J].科技展望，2016（23）：95.
[4]赵良贵.机械设备因公差配合引起的故障问题及其维修技术探讨[J].机电信息，2016（12）：106-107.
[5]邹桦，石莲英.公差配合在机械设计与机械制造中的应用[J].时代农机，2015（5）：54-55.
[6]李喜桥.加工工艺学（第2版）[EB/OL].http：//www.docin.com/p-234096950.html.
[7]易新乾.机械修理学讲座[EB/OL].http：//bbs.cmiw.cn/forum.php？mod=viewthread