機(jī)械故障診斷技術(shù) 第3版 課件 張鍵 10-設(shè)備狀態(tài)調(diào)整；11-其他故障診斷技術(shù)

第十章

設(shè)備狀態(tài)調(diào)整設(shè)備故障診斷最終目的是使設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)保持完好，保障生產(chǎn)的連續(xù)性、高效性。因此工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備故障診斷人員往往還承擔(dān)著指導(dǎo)維修，恢復(fù)設(shè)備的應(yīng)有性能的任務(wù)。對于設(shè)備狀態(tài)的調(diào)整，其指導(dǎo)原則，應(yīng)達(dá)標(biāo)準(zhǔn)等，是本章的學(xué)習(xí)任務(wù)。本章分別講述了滑動軸承、滾動軸承、齒輪、聯(lián)軸節(jié)的安裝、調(diào)整工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場動平衡技術(shù)。10．1滑動軸承的間隙與測量調(diào)整滑動軸承是僅發(fā)生滑動摩擦的軸承，它又有動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承之分。這兩種滑動軸承的主要共同點(diǎn)是：軸頸與軸瓦工作表面都被潤滑油膜隔開，形成液體潤滑軸承，它具有吸振能力，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無噪聲，故能承受較大的沖擊載荷；它們的主要不同點(diǎn)在于動壓滑動軸承的潤滑油膜形成必須在軸頸轉(zhuǎn)動中才能形成，而靜壓滑動軸承是靠外部供給壓力油強(qiáng)迫兩相對滑動面分開，以建立承壓油膜，實(shí)現(xiàn)液體潤滑的一種滑動軸承。下面只介紹動壓滑動軸承。1．半液體潤滑滑動軸承這種軸承的軸頸與軸承的工作表面并沒有被潤滑油完全隔開，只是由于工作表面對潤滑油的吸附作用而形成一層極薄的油膜。它使軸頸與軸瓦表面有一部分直接接觸，另一部分則被油膜隔開而不能直接接觸，稱為不完全液體潤滑軸承。常用于低速、輕載、間歇工作的場合。

2．液體潤滑滑動軸承這種軸承在工作時，當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度，軸頸與軸承之間，被一層潤滑油膜完全隔開，使兩相對滑動表面不能直接接觸?；瑒幽Σ磷?yōu)闈櫥蛯娱g的液體摩擦。這樣增加了軸承的承載能力，延長了軸承的使用壽命。圖10—1液體動壓滑動軸承的工作原理a)靜止時b)一定轉(zhuǎn)速下形成的單油楔軸承10.1.1滑動軸承工作原理

軸頸在軸承中形成完全液體潤滑的工作原理是這樣的：軸在靜止時，由于軸本身重力F的作用而處于最低位置：此時潤滑油被軸頸擠出，在軸頸和軸承的側(cè)面間形成楔形的間隙(如圖10—1a所示)。當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)動時，液體在流動摩擦力的作用下，被帶入軸和孔所形成的楔形間隙處。由于楔形間隙面積逐漸減小，油的分子受到擠壓和本身的動能，使此處壓力逐漸升高，對軸產(chǎn)生一定的壓力P(圖10—1b)，圖中不同長度的箭頭表示軸瓦上各相位承受壓力p的大小，這些不同大小的p力構(gòu)成一個假想的曲線稱作油楔，它可以描繪軸承內(nèi)產(chǎn)生的液體動壓力分布情況。在油楔壓力作用下，會將軸抬起而形成厚度為H的油膜。實(shí)質(zhì)上油膜厚度H在軸瓦上各相位是不同的：靠近軸頸上方為H最大，靠近下方為H最小，使軸頸中心與軸承中心偏離一個距離，稱為偏心距。當(dāng)軸達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，軸頸與軸承表面完全被油膜隔開，這就形成了完全液體動力潤滑的單油楔軸承。由于這類軸承在轉(zhuǎn)動中才能形成油膜，所以稱為液體動壓滑動軸承。形成液體潤滑必須具備的條件(1)軸頸與軸承配合應(yīng)有一定的間隙(0.00ld～0.003d)。(2)軸頸應(yīng)保持一定的線速度，以建立足夠的油楔壓力。(3)軸頸、軸承應(yīng)有精確的幾何形狀和較光滑的表面粗糙度。(4)多支承的軸承，應(yīng)保持較高的同軸度要求。(5)應(yīng)保持軸承內(nèi)有充足的具有適當(dāng)粘度的潤滑油。10.1.2滑動軸承襯的材料(1)灰鑄鐵在低速、輕載和無沖擊載荷的情況下，可用HT200作軸承襯。(2)銅基軸承合金

主要成分是銅，常用的有鑄造錫青銅ZCuSnlOZn2和鑄造黃銅ZCuZn25A16Fe3Mn3。鑄造錫青銅是一種很好的減摩材料，機(jī)械強(qiáng)度也較高，適用于中速、重載、高溫及有沖擊條件下工作的軸承。鑄造黃銅有良好的抗膠合性，但強(qiáng)度較鑄造錫青銅低。(3)含油軸承采用青銅、鑄鐵粉末，加以適量的石墨粉壓制成型后，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成多孔性材料，在120℃時浸透潤滑油，冷至常溫，油就貯在軸承孔隙中。當(dāng)軸頸在軸承中旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生抽吸作用和摩擦熱，油就膨脹而擠入摩擦表面進(jìn)行潤滑，軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，油也因冷卻而縮回軸承孔隙中去。(4)塑料軸承除了以布為基體的塑料軸承外，我國還制成了多種尼龍軸承襯，如尼龍6、尼龍1010等，已應(yīng)用于機(jī)床、汽車等機(jī)械中。塑料軸承具有跑合性好、磨損后的屑粒較軟不傷軸頸、抗腐蝕性好、可用水或其它液體潤滑等優(yōu)點(diǎn)，但導(dǎo)熱性差，吸水后會膨脹。(5)巴氏合金它是錫、鉛、銅、銻等的合金，它是常用的軸承合金之一。具有良好的減摩性和耐磨性，但熔點(diǎn)和強(qiáng)度較低，不能單獨(dú)做軸瓦，通常將它澆鑄在青銅、鑄鐵、鋼材等基體上使用。常用于重載、高速和溫度低于110℃的重要軸承，如汽輪機(jī)、大型電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和高速機(jī)床等主軸的軸承。10.1.3滑動軸承的裝配一．軸瓦的清洗與檢查首先核對軸承的型號，然后用煤油或清洗劑清洗干凈。軸瓦質(zhì)量的檢查可用小銅錘沿軸瓦表面輕輕地敲打，根據(jù)響聲判斷軸瓦有無裂紋、砂眼及孔洞等缺陷，如有缺陷應(yīng)采取補(bǔ)救措施。二．軸承座的固定軸承座通常用螺栓固定在機(jī)體上。安裝軸承座時，應(yīng)先把軸瓦裝在軸承座上，再按軸瓦的中心進(jìn)行調(diào)整。同一傳動軸上的所有軸承的中心應(yīng)在同一軸線上。同軸度包括垂直與水平兩個方向。裝配時可用拉線的方法進(jìn)行找正，如圖10—2所示。之后用涂色法檢查軸頸與軸瓦表面的接觸情況，應(yīng)使所有軸瓦的兩端都與軸頸相接觸，即找正，符合初裝要求后，將軸承座牢固地固定在機(jī)體或基礎(chǔ)上。

圖10—2拉線法檢測軸承座的同軸度

1鋼線2內(nèi)徑千分尺圖10—3軸瓦直徑過大

1軸瓦2軸承座圖10—4軸瓦直徑過小

1軸瓦2軸承座三．軸瓦與軸承座的裝配為將軸上的載荷均勻地傳給軸承座，軸瓦與軸承座有適當(dāng)?shù)呐浜?，一般采用較小的過盈配合，過盈量為0.01～0.05mm。要求軸瓦背與軸承座內(nèi)孔應(yīng)有良好的接觸，配合緊密。下軸瓦與軸承座的接觸面積不得小于60％，上軸瓦與軸承蓋的接觸面積不得小于50％。這就要進(jìn)行刮研，刮研的順序是先下瓦后上瓦。刮研軸瓦背時，以軸承座內(nèi)孔為基準(zhǔn)進(jìn)行修配，直至達(dá)到規(guī)定要求為止。另外，要刮研軸瓦及軸承座的剖分面。軸瓦剖分面應(yīng)高于軸承座剖分面0.05～0.1mm，以便軸承座擰緊后，軸瓦與軸承座具有過盈配合性質(zhì)。上下兩軸瓦扣合，其接觸面應(yīng)嚴(yán)密，軸瓦的直徑不得過大，否則軸瓦與軸承座間就會出現(xiàn)“夾幫”現(xiàn)象如圖10—3所示。軸瓦的直徑也不得過小，否則在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時，軸瓦在軸承座內(nèi)會產(chǎn)生顫動如圖10—4所示。四．軸瓦與軸頸的刮研用涂色法檢查軸頸與下軸瓦的接觸，應(yīng)注意將軸上的所有零件都裝上。首先在軸頸上涂一層紅鉛油，然后使軸在軸瓦內(nèi)正、反方向各轉(zhuǎn)一周，在軸瓦面較高的地方則會呈現(xiàn)出色斑，用刮刀刮去色斑。刮研時，每刮一遍應(yīng)改變一次刮研方向，繼續(xù)刮研數(shù)次，使色斑分布均勻，直到符合要求為止。刮研分為二步，首先要達(dá)到接觸面積均勻地分布在軸瓦的全長，然后再使接觸點(diǎn)分布均勻。刮研軸瓦時，必須注意兩個問題：軸瓦與軸頸間的接觸角和接觸點(diǎn)。軸瓦與軸頸之間的接觸表面所對的圓心角稱為接觸角，此角度過大，不利潤滑油膜的形成，影響潤滑效果，使軸瓦磨損加快；若此角度過小，會增加軸瓦的壓力，也會加劇軸瓦的磨損。一般接觸角取為60°～90°。高速軸取小，低速軸取大；輕載取小，重載取大。軸瓦和軸頸之間的接觸點(diǎn)與機(jī)器的特點(diǎn)有關(guān)：

低速及間歇運(yùn)行的機(jī)器

1～1.5點(diǎn)／cm2

中等負(fù)荷及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器

2～3點(diǎn)／cm2

重負(fù)荷及高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器

3～4點(diǎn)／cm210.1.4間隙的檢測與調(diào)整滑動軸承最理想的情況是在液體摩擦的條件下工作。因?yàn)榇藭r軸承的工作表面間為潤滑油層所隔開，使軸與軸承的工作表面幾乎沒有磨損，因此，理想的工作期限應(yīng)該是十分長久的。但是，由于機(jī)器在工作過程中，經(jīng)常需要停止和啟動，使速度發(fā)生變化。此外機(jī)器在工作過程中還會發(fā)生振動和載荷變動的情況，這些都將破壞液體摩擦條件而引起磨損?；瑒虞S承因磨損而不能正常工作，一般表現(xiàn)為兩種基本形式：一種是軸與軸承配合間隙的增加，另一種是軸承的幾何形狀發(fā)生變化。這兩種情況是同時發(fā)生的。一．間隙的作用及確定軸頸與軸瓦的配合間隙有兩種，一種是徑向間隙，一種是軸向間隙。徑向間隙包括頂間隙和側(cè)間隙。如圖10—5所示。頂間隙為na，側(cè)間隙為δb，軸向間隙為S。圖10—5滑動軸承的間隙頂、側(cè)間隙的選擇

頂間隙的主要作用是保持液體摩擦，以利于形成油膜。側(cè)間隙的主要作用是為了積聚和冷卻潤滑油。在側(cè)間隙處開油溝或冷卻帶，又稱“開瓦口”或“開幫”，可增加油的冷卻效果，并保證連續(xù)地將潤滑油吸到軸承的受載部分，但油溝不可開通，否則運(yùn)轉(zhuǎn)時將會漏油。頂間隙可由計算決定，也可按經(jīng)驗(yàn)決定。對于采用潤滑油潤滑的軸承，頂間隙為軸頸直徑的a=0.10％D～0.15％D；對于采用潤滑脂潤滑的軸承，頂間隙為軸頸直徑的a=0.15％D～0.20％D。如果負(fù)荷作用在上軸瓦時，上述頂間隙值應(yīng)減小1.5％。側(cè)間隙兩側(cè)應(yīng)相等，單側(cè)間隙應(yīng)為頂間隙的b=1／2a～2／3a。軸向間隙的作用是軸在溫度變化時有自由伸長的余地。

S=S1＋S2=αL⊿T＋0.2mm二．間隙的測量與調(diào)整1．壓鉛測量法壓鉛法測量較為精確，測量時先將軸承蓋打開，用直徑為頂間隙1.5～2倍、長度為15～40mm的軟鉛絲或軟鉛條，分別放在軸頸上和軸瓦的剖分面上。如圖10—7所示，因軸頸表面光滑，為了防止滑落，可用潤滑脂粘住。然后放上軸承蓋，對稱而均勻地擰緊連接螺栓，再用塞尺檢查軸瓦剖分面間的間隙是否均勻相等。最后打開軸承蓋，用千分尺測量被壓扁的軟鉛絲的厚度。其頂間隙的平均值按下列公式計算：圖10—7壓鉛測量軸承頂間隙10．2滾動軸承的間隙與測量調(diào)整

滾動軸承由外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架四部分組成。工作時滾動體在內(nèi)、外圈的滾道上滾動，形成滾動摩擦。它具有阻力小、效率高、軸向尺寸小、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械設(shè)備中最常見；也是最重要的零件。10．2．1滾動軸承的分類還有其它分類，請見教材。滾動軸承的分類1．按軸承所能承受的負(fù)荷方向或公稱接觸角α分類2．按軸承的滾動體種類分類(1)．向心軸承

(主要承受徑向負(fù)荷0°≤α≤45°)(2)．推力軸承

(主要承受軸向負(fù)荷45°≤α≤90°)(3)．組合軸承1）徑向接觸軸承（α=0°的向心軸承）2）角接觸向心軸承（0°<α≤45°）1）軸向接觸軸承（α=90°的向心軸承）2）角接觸推力軸承（45°<α≤90°）(1)．球軸承——滾動體為球體(2)．滾子軸承1）圓柱滾子軸承2）滾針軸承3）圓錐滾子軸承4）調(diào)心滾子軸承（鼓形滾子）常用的滾動軸承圖例深溝球軸承

角接觸球軸承

圓錐滾子軸承

圓柱滾子軸承圖10—8單列向心類軸承推力球軸承

推力圓柱滾子軸承

推力調(diào)心滾子軸承

圖10—10軸向推力類軸承調(diào)心球軸承調(diào)心滾子軸承

圖10—9雙列自調(diào)心類軸承10．2．2滾動軸承的精度等級與配合制度1．滾動軸承的精度等級滾動軸承的基本尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度，按GB/T271—1997規(guī)定，在原來五個等級P0、P6、P5、P4、P2的基礎(chǔ)上，增加了P6X、SP、UP三個等級?；境叽缇仁侵篙S承內(nèi)徑、外徑和寬度等尺寸的加工精度。旋轉(zhuǎn)精度是指內(nèi)圈和外圈的徑向跳動，內(nèi)圈的端面跳動，外圈表面對基準(zhǔn)面的垂直度以及內(nèi)外圈端面的平行度等。具體數(shù)值可查有關(guān)軸承手冊。2．滾動軸承配合的制度滾動軸承是專業(yè)公司廠大量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，其內(nèi)孔和外徑出廠時均已按國家標(biāo)準(zhǔn)確定，因此軸承的內(nèi)徑與軸的配合應(yīng)為基孔制，外徑與軸承座孔的配合應(yīng)為基軸制。配合的松緊程度由軸和軸承座孔的尺寸公差來保證。圖10一11軸承內(nèi)徑與軸的配合關(guān)系軸承內(nèi)徑與軸的配合關(guān)系圖10一11中Admp為軸承內(nèi)徑公差帶。若軸承內(nèi)徑與軸采用過渡配合，軸的公差選擇h6、h5，可用打擊法裝配；軸的公差選擇j5、js6、j6，采用壓裝法；軸的公差選擇k5～m6，為過盈配合，只能采用油浴加熱法裝配。軸承外徑與軸承座孔的配合一般情況下，軸承外徑與軸承座孔的配合不取過盈配合，因?yàn)橐A(yù)留軸承工作時的熱膨脹量。工作溫度與環(huán)境溫度的溫差較小時，軸承座孔的尺寸精度可取JS6、K6、K7；溫差較大，取J6、J7。圖10一12軸承外徑與軸承座孔的配合關(guān)系3．滾動軸承配合的選用滾動軸承內(nèi)圈與軸頸的配合，外圈與軸承座孔的配合，一般大多選用過渡配合，其配合間隙和過盈量直接影響軸承工作性能、精度和使用壽命。軸承壓裝入軸頸和軸承座孔后，會使軸承的徑向間隙減少，其減少量可用下式算出：當(dāng)內(nèi)圈壓配在軸頸上時△=（0.55～0.6）Y

當(dāng)外圈壓配在軸承座孔中時：△=（0.63～0.7）Y

式中△——安裝后徑向間隙減少量（μm）。

Y——軸承安裝時的過盈量（μm）。這個徑向間隙減少量直接影響軸承工作時允許的熱膨脹量，軸承溫度較高，而允許的熱膨脹量不夠，將給軸承產(chǎn)生很大的附加熱載荷，使軸承的工作壽命急劇下降。10．2．3滾動軸承的裝配工藝1．裝配前的準(zhǔn)備工作滾動軸承是一種精密部件，其內(nèi)外圈和滾動體都具有較高的精度和較細(xì)的表面粗糙度，認(rèn)真做好裝配前的準(zhǔn)備工作，是保證裝配質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

(1)按所裝的軸承，準(zhǔn)備好所需的工具和量具。

(2)按圖樣的要求檢查與軸承相配的零件，如軸、軸承座。端蓋等表面是否有凹陷、毛刺、銹蝕和固體的微粒。

(3)用汽油或煤油清洗與軸承配合的零件，并用干凈的布仔細(xì)擦凈，然后涂上一層薄油。

(4)檢查軸承型號、數(shù)量與圖樣要求是否一致。

(5)清洗軸承時，如軸承用防銹油封存的可用汽油或煤油清洗；如用厚油和防銹油脂防銹的軸承，可用輕質(zhì)礦物油加熱溶解清洗(油溫不超過100℃)，把軸承浸入油內(nèi)，待防銹油脂溶化后即從油中取出，冷卻后再用汽油或煤油清洗。經(jīng)過清洗的軸承不能直接放在工作臺上，應(yīng)墊以干凈的布或紙。對于兩面帶防塵蓋、密封圈或涂有防銹潤滑兩用油脂的軸承不需進(jìn)行清洗。2.滾動軸承的裝配方法滾動軸承的裝配方法應(yīng)根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸大小和軸承部件的配合性質(zhì)而定。裝配時的壓力應(yīng)直接加在待配合的套圈端面上，不能通過滾動體傳遞壓力。(1)內(nèi)圈圓柱孔滾動軸承的裝配根據(jù)配合的松緊程度，裝配方法分為：錘入法、壓裝法、油浴熱裝法。這些方法沒有截然的分界，主要受裝配現(xiàn)場的裝配機(jī)具條件所限制，當(dāng)然大過盈量的裝配必須采用熱裝法。錘入法錘入法用于幾乎沒有過盈的配合，其裝配過程和步驟如下：在干凈的兩裝配表面涂上潤滑油。軸承內(nèi)圈（或外圈）對正軸（或座孔），開始時，先用手錘的木柄打擊軸承內(nèi)圈（或外圈），要對稱地打擊到內(nèi)圈（或外圈）的圓周，保持內(nèi)圈（或外圈）均勻地裝入。裝到一定程度，用銅棒墊在內(nèi)圈（或外圈）上，用錘頭打擊銅棒，繼續(xù)對稱、均勻的推進(jìn)，直到軸承裝入到位。嚴(yán)禁打擊保持架或滾動體。打擊力的作用點(diǎn)應(yīng)靠近配合面。錘入法需要的工裝機(jī)具條件最少，適合小規(guī)模的現(xiàn)場維修裝配。壓裝法壓裝法是使用壓力機(jī)具將軸承壓入到裝配部位，用于過盈量不大的裝配要求。裝配步驟的前兩步與錘入法相同——涂油與對正，壓入時，使用預(yù)先準(zhǔn)備的壓套墊在軸承上，在壓力機(jī)的推力下，壓裝到位。壓裝法和錘入法屬于冷裝配，適用于所有的小直徑軸承裝配。大過盈量的軸承裝配或大直徑的軸承裝配因?yàn)檫^盈量的絕對數(shù)值大，壓入法會擠傷配合表面，達(dá)不到所需的配合抱緊力，只能采用油浴熱裝法。熱裝法油浴熱裝法是將軸承加熱，使內(nèi)圈的直徑熱膨脹到輕松推入軸頸的程度來進(jìn)行裝配。油溫加熱到100℃左右（低于油的閃點(diǎn)溫度），用鐵絲作成掛鉤，將軸承掛在鉤子上，入油槽10～30分鐘（加熱時間依軸承大小而定），注意軸承不許落底，防止加熱不均勻，可在油槽內(nèi)放置網(wǎng)格物墊起。裝配時，用手悶子（專用的耐高溫手套）捧著軸承一次裝配到位。注意：熱裝時，中途不得停止。一旦冷卻，就極難撼動。圖10一13圓錐孔滾動軸承的裝配a)直接裝在錐度軸頸上b)裝在緊定套上c)裝在退卸套上(2)內(nèi)圈圓錐孔滾動軸承的裝配

圓錐孔滾動軸承可直接裝在帶有錐度的軸頸上，或裝在退卸套和緊定套的錐面上。這種軸承一般要求有比較緊的配合，但這種配合不是由軸頸尺寸公差決定，而是由軸頸壓進(jìn)錐形配合面的深度而定。配合的松緊程度，靠在裝配過程中時時測量徑向游隙而把握。對不可分離型的滾動軸承的徑向游隙可用厚薄規(guī)測量。對可分離的圓柱滾子軸承，可用外徑千分尺測量內(nèi)圈裝在軸上后的膨脹量，用其代替徑向游隙減小量。如圖10一13。圖10一14推力球軸承的裝配(3)推力球軸承的裝配對于推力球軸承在裝配時，應(yīng)注意區(qū)分緊環(huán)和松環(huán)，松環(huán)的內(nèi)孔比緊環(huán)的內(nèi)孔大，故緊環(huán)應(yīng)靠在與軸肩端面上(圖10—14)左端的緊環(huán)靠在圓螺母的端面上，若裝反了將使?jié)L動體喪失作用，同時會加速配合零件間的磨損。推力球軸承的游隙可用圓螺母來調(diào)整。10．2．4滾動軸承的游隙及調(diào)整滾動軸承的游隙調(diào)整是為了保證軸在軸承中能均勻地轉(zhuǎn)動，以及使軸在受熱時能不受阻礙的熱膨脹伸長。圖10一15滾動軸承的游隙1．滾動軸承的游隙滾動軸承的游隙有兩個概念：一個是指單個軸承自身而言，另一個是指整個軸系的兩個支撐軸承言。為了區(qū)分，也有將后者稱為軸承的軸向間隙。所謂游隙是將軸承的一個套圈（內(nèi)圈或外圈）固定，另一套圈沿著徑向或軸向的最大活動量，如圖10—15所示。滾動軸承游隙分徑向游隙和軸向游隙兩類。徑向的最大活動量稱徑向游隙，軸向的最大活動量稱軸向游隙。兩類游隙之間存在正比關(guān)系：一般說來，徑向游隙愈大，則軸向游隙也愈大，反之徑向游隙愈小，軸向游隙也愈小。游隙的分類與定義(1)軸承的徑向游隙

軸承徑向游隙的大小，通常作為軸承旋轉(zhuǎn)精度高低的一項(xiàng)指標(biāo)。由于軸承所處的狀態(tài)不同，徑向游隙分為原始游隙、配合游隙和工作游隙。原始游隙——軸承在未安裝前自由狀態(tài)下的游隙。配合游隙——軸承裝配到軸上和軸承座內(nèi)的軸承內(nèi)部游隙。其游隙大小由過盈量決定。配合游隙一般小于原始游隙。由于軸及座孔的不圓度影響，配合游隙沿圓周方向是非均勻的。最小游隙在軸頸橢圓的長軸與座孔橢圓的短軸重合時。工作游隙——軸承在工作時，因內(nèi)外圈的溫度差產(chǎn)生的非均勻熱膨脹使配合游隙減小，又因工作負(fù)荷的作用，使?jié)L動體與套圈產(chǎn)生彈性變形而使游隙增大。(2)軸承的軸向游隙由于有些軸承結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)或?yàn)榱颂岣咻S承的旋轉(zhuǎn)精度，減小或消除其徑向游隙。所以有些軸承的游隙必須在裝配或使用過程中，通過調(diào)整軸承內(nèi)、外圈的相對位置而確定。例如角接觸球軸承和圓錐滾子軸承等，在調(diào)整游隙時，通常是將軸向游隙值作為調(diào)整和控制游隙大小的依據(jù)。(3)軸承的軸向間隙軸承的軸向間隙指的是當(dāng)軸的一端軸承為定位軸承，另一端為熱膨脹自由軸承條件下，所允許的最大軸向伸長量。圖10一16軸承預(yù)緊原理2．滾動軸承的預(yù)緊某些高精度的切削機(jī)床主軸需要高精度的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)然這種設(shè)備的工作條件需要恒溫環(huán)境。這就需要通過軸承預(yù)緊過程來調(diào)整滾動軸承的游隙。預(yù)緊的原理如圖10—16所示，即在裝配角接觸球軸承或深溝球軸承時，如給軸承內(nèi)圈或外圈以一定的軸向預(yù)負(fù)荷F，這時內(nèi)、外圈將發(fā)生相對位移，位移量可用百分表測出。結(jié)果消除了內(nèi)、外圈與滾動體的游隙，并產(chǎn)生了初始接觸的彈性變形，這種方法稱為預(yù)緊。預(yù)緊后的軸承便于控制正確的游隙，從而提高軸的旋轉(zhuǎn)精度。a)利用內(nèi)外圈墊片的厚度差b)利用窄外圈c)利用窄內(nèi)圈圖10一17預(yù)緊方式3．滾動軸承的軸向間隙滾動軸承的徑向游隙分為不可調(diào)和可調(diào)兩種，因此軸向間隙的計算也有兩種方法。(1)徑向游隙不可調(diào)軸承因?yàn)檩S系在工作時受熱膨脹會產(chǎn)生軸向伸長，這樣內(nèi)外圈相對移動而使軸承中的徑向游隙減小，甚至使?jié)L動體在內(nèi)外圈之間卡住，發(fā)生燒損。所以在雙支承的軸系中，常常將其中一個軸承與端蓋間預(yù)留軸向間隙δ，δ的值可按下面公式計算：

mm

按上式確定的軸向間隙只應(yīng)用于徑向游隙與軸向游隙均不可調(diào)整的軸承，而不適用于單列徑向滾柱軸承、長滾柱軸承和螺旋滾柱軸承，因?yàn)檫@類軸承對軸的熱伸長沒有妨礙，因此這類軸承在外圈兩端不許留有間隙。(2)徑向游隙可調(diào)軸承單列圓錐滾柱軸承是在裝配時需要調(diào)整間隙的軸承之一。其間隙分為兩部份：

1.軸熱伸長所需的間隙；

2.徑向熱膨脹量在軸向上的所需長度。徑向熱膨脹量在軸向上的所需長度由下式計算：（如圖10—18所示）

mm

圓錐滾柱軸承的軸向間隙：

mm圖10—18圓錐滾柱軸承間隙4．滾動軸承的發(fā)熱原因滾動軸承發(fā)熱是因?yàn)樵谶\(yùn)轉(zhuǎn)過程中內(nèi)部存在摩擦，嚴(yán)重的摩擦?xí)斐奢S承過度發(fā)熱，甚至燒損。過度發(fā)熱會造成原調(diào)整的間隙不夠，給軸承產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力，進(jìn)一步破壞潤滑條件，減少軸承的工作壽命。摩擦的程度取決于：相對運(yùn)動的形式（滾動、滑動、竄動）、速度的大小和持續(xù)時間的長度。壓力的大小。它一方面直接影響接觸面摩擦力的大小，另一方面影響彈性變形的程度，這種彈性變形引起金屬內(nèi)部晶粒間的摩擦。這兩種摩擦都會產(chǎn)生發(fā)熱。軸承材料摩擦系數(shù)的大小。軸承裝配的正確程度，分為兩方面：1.受力的平均程度；2.間隙的合適程度。潤滑狀態(tài)軸承老化程度。解決軸承發(fā)熱的關(guān)鍵在于引起發(fā)熱的主要原因是哪一個（有時不止一個）。然后對癥下藥，采取相應(yīng)的措施，才能很好地解決軸承發(fā)熱的問題。圖10—19軸承的油霧潤滑5．滾動軸承的潤滑滾動軸承的潤滑劑分潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑三類。

1．潤滑油

潤滑油的內(nèi)摩擦較小，在高速和高溫條件下仍具有良好的潤滑性能。高速軸承一般均采用油浴潤滑。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于10000r／min時，需采用滴油或霧化等方法進(jìn)行潤滑，如圖10—19所示。

2．潤滑脂

潤滑脂不易滲漏，不需經(jīng)常添加，而且密封裝置簡單，維護(hù)保養(yǎng)也較方便，并有防塵和防潮能力，但其內(nèi)摩擦大，且稀稠受溫度變化的影響較大。所以潤滑脂一般常用于轉(zhuǎn)速和溫度都不很高的場合。

3．固體潤滑劑

當(dāng)一般潤滑油和潤滑脂不能滿足使用要求時，可采用固體潤滑劑。常用的固體潤滑劑是二硫化鉬，它可以作為潤滑脂的添加劑，也可用粘結(jié)劑將其粘接在滾道、保持器和滾動體上，形成固體潤滑膜。10．3齒輪的裝配與調(diào)整齒輪傳動裝置的形式不同，裝配工作的要求是不同的。封閉齒輪箱且采用滾動軸承的齒輪傳動，兩軸的中心距和相對位置完全由箱體軸承孔的加工精度來決定。齒輪傳動的裝配工作只是通過修整齒輪傳動的制造偏差，沒有兩軸裝配的內(nèi)容。封閉齒輪箱采用滑動軸承時，在軸瓦的刮研過程中，使兩軸的中心距和相對位置在較小范圍內(nèi)得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對具有單獨(dú)軸承座的開式齒輪傳動，在裝配時除了修整齒輪傳動的制造偏差，還要正確裝配齒輪軸，這樣才能保證齒輪傳動的正確連接。10．3．1齒輪傳動的精度等級與公差一．圓柱齒輪的精度圓柱齒輪的精度包括以下4個方面：

(1)傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確性精度。指齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，齒輪的最大轉(zhuǎn)角誤差在允許的偏差內(nèi)，從而保證從動件與主動件的運(yùn)動協(xié)調(diào)一致。

(2)傳動的平穩(wěn)性精度。指齒輪傳動瞬時傳動比的變化。由于齒形加工誤差等因素的影響，使齒輪在傳動過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，引起振動和噪聲。

(3)接觸精度。指齒輪傳動時，齒與齒表面接觸是否良好。接觸精度不好，會造成齒面局部磨損加劇，影響齒輪的使用壽命。

(4)齒側(cè)間隙。它是指齒輪傳動時非工作齒面間應(yīng)留有一定的間隙，這個間隙對儲存潤滑油、補(bǔ)償齒輪傳動受力后的彈性變形、熱膨脹以及齒輪傳動裝置制造誤差和裝配誤差等都是必須的。否則，齒輪在傳動過程中可能造成卡死或燒傷。目前我國使用的圓柱齒輪公差標(biāo)準(zhǔn)是GB/Tl0095—2001，該標(biāo)準(zhǔn)對齒輪及齒輪副規(guī)定了13個精度等級，精度由高到低依次為0，1，2，3，…，12級。0、1、2級精度的加工工藝和測量手段要求較高，屬于待發(fā)展的精度等級。3、4級屬精密等級；6～8級屬中等精度等級，常用于機(jī)床中；9～12級為低精度級。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了齒輪的傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確性精度、傳動的平穩(wěn)性精度、接觸精度等，一般情況下，選用相同的精度等級。根據(jù)齒輪使用要求和工作條件的不同，允許選用不同的精度等級。選用不同的精度等級時以不超差一級為宜。二．圓柱齒輪公差按齒輪各項(xiàng)誤差對傳動的主要影響，將齒輪的各項(xiàng)公差分為I、Ⅱ、Ⅲ3個公差組。第I組為運(yùn)動精度指標(biāo)，有齒圈徑向圓跳動公差、公法線長度變動公差等項(xiàng)。第Ⅱ組為工作平穩(wěn)性指標(biāo)，有齒距和基節(jié)極限偏差、切向和徑向綜合公差等指標(biāo)。第Ⅲ組是接觸精度指標(biāo)，有齒向公差、接觸線公差等項(xiàng)指標(biāo)。在生產(chǎn)中，不必對所有公差項(xiàng)目同時進(jìn)行檢驗(yàn)，而是將同一公差級組內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)分為若干個檢驗(yàn)組，根據(jù)齒輪副的功能要求和生產(chǎn)規(guī)模，在各公差組中，選定一個檢驗(yàn)組來檢驗(yàn)齒輪的精度。圓柱齒輪傳動的公差參見GBl0095—88《漸開線圓柱齒輪精度》。10．3．2齒輪傳動的裝配一．圓柱齒輪的裝配對于金屬壓力加工、冶金和礦山機(jī)械的齒輪傳動，由于傳動力大，圓周速度不高，因此齒面接觸精度和齒側(cè)間隙要求較高，而對運(yùn)動精度和工作平穩(wěn)性精度要求不高。齒面接觸精度和適當(dāng)?shù)凝X側(cè)間隙與齒輪與軸、齒輪軸組件與箱體的正確裝配有直接關(guān)系。圓柱齒輪傳動的裝配過程，一般是先把齒輪裝在軸上，再把齒輪軸組件裝入齒輪箱。1．齒輪與軸的裝配齒輪與軸的連接形式有空套連接、滑移連接和固定連接三種。空套連接的齒輪與軸的配合性質(zhì)為間隙配合，其裝配精度主要取決于零件本身的加工精度。因此在裝配前應(yīng)仔細(xì)檢查軸、孔的尺寸是否符合要求，以保證裝配后的間隙適當(dāng)，裝配中還可將齒輪內(nèi)孔與軸進(jìn)行配研，通過對齒輪內(nèi)孔的修刮使空套表面的研點(diǎn)均勻，從而保證齒輪與軸接觸的均勻度。滑移齒輪與軸之間仍為間隙配合，一般多采用花鍵連接，其裝配精度也取決于零件本身的加工精度。裝配前應(yīng)檢查軸和齒輪相關(guān)表面和尺寸是否合乎要求；對于內(nèi)孔有花鍵的齒輪，其花鍵孔會因熱處理而使直徑縮小，可在裝配前用花鍵推刀修整花鍵孔，也可用涂色法修整其配合面，以達(dá)到技術(shù)要求。裝配完成后應(yīng)注意檢查滑移齒輪的移動靈活程度。不允許有沮滯，同時用手扳動齒輪時，應(yīng)無歪斜、晃動等現(xiàn)象發(fā)生。固定連接的齒輪與軸的配合，輕載齒輪多為過渡配合（有少量的過盈），重載齒輪多采用過盈配合。對于過盈量不大的齒輪和軸在裝配時，可用錘子敲擊裝入；當(dāng)過盈量較大時可用熱裝或?qū)Ｓ霉ぞ哌M(jìn)行壓裝；過盈量很大的齒輪，則可采用液壓無鍵連接等裝配方法將齒輪裝在軸上。在進(jìn)行裝配時，要盡量避免齒輪出現(xiàn)齒輪偏心、齒輪歪斜和齒輪端面未貼緊軸肩等情況。圖10—20齒輪徑向圓跳動誤差的檢查齒輪徑向圓跳動誤差的檢查

對于精度要求較高的齒輪傳動機(jī)構(gòu)，齒輪裝到軸上后，應(yīng)進(jìn)行徑向圓跳動和端面圓跳動的檢查。其檢查方法如圖10—20所示：將齒輪軸架在兩頂尖上(或V形鐵上)，測量齒輪徑向跳動量時，在齒輪齒間放一圓柱檢驗(yàn)棒，將干分表測頭觸及圓柱檢驗(yàn)棒上母線得出一個讀數(shù)，然后轉(zhuǎn)動齒輪，每隔3～4個輪齒測出一個讀數(shù)，在齒輪旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)，千分表讀數(shù)的最大代數(shù)差即為齒輪的徑向圓跳動誤差。檢查端面圓跳動量時，將千分表的測頭觸及齒輪端面上，在齒輪旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)，千分表讀數(shù)的最大代數(shù)差即為齒輪的端面圓跳動誤差(測量時注意保證軸不發(fā)生軸向竄動)。2．圓柱齒輪傳動裝配的技術(shù)要求：對齒輪傳動機(jī)構(gòu)的裝配技術(shù)要求是：（1）配合齒輪孔與軸的配合要滿足使用要求。例如，對固定聯(lián)接齒輪不得有偏心和歪斜現(xiàn)象；對滑移齒輪不應(yīng)有咬死或阻滯現(xiàn)象；對空套在軸上的齒輪，不得有晃動現(xiàn)象。（2）中心距和側(cè)隙保證齒輪有準(zhǔn)確的安裝中心距和適當(dāng)?shù)膫?cè)隙。側(cè)隙過小，齒輪傳動不靈活，熱脹時會卡齒，從而加劇齒面磨損；側(cè)隙過大，換向時空行程大，易產(chǎn)生沖擊和振動。（3）齒面接觸精度保證齒面有一定的接觸斑點(diǎn)和正確的接觸位置，這兩者是有互相聯(lián)系的，接觸位置不正確同時也反映了兩嚙合齒輪的相互位置誤差。（4）齒輪定位變換機(jī)構(gòu)應(yīng)保證齒輪準(zhǔn)確的定位，其錯位量不得超過規(guī)定值。（5）平衡對轉(zhuǎn)速較高的大齒輪，一般應(yīng)在裝配到軸上后再作動平衡檢查，以免振動過大。3．齒輪軸組件裝入箱體齒輪軸組件裝入箱體是保證齒輪嚙合質(zhì)量的關(guān)鍵工序。因此在裝配前，除對齒輪、軸及其他零件的精度進(jìn)行認(rèn)真檢查外，對箱體的相關(guān)表面和尺寸也必須進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容一般包括孔中心距、各孔軸線的平行度、袖線與基面的平行度、孔軸線與端面的垂直度以及孔軸線間的同軸度等。檢查無誤后，再將齒輪軸組件按圖樣要求裝入齒輪箱內(nèi)。4．裝配質(zhì)量檢查

齒輪組件裝入箱體后，嚙合質(zhì)量主要通過齒輪副中心距偏差、齒側(cè)間隙、接觸精度等進(jìn)行檢查。（1）測量中心距偏差值。中心距偏差可用內(nèi)徑千分尺測量。圖10—21為內(nèi)徑千分尺及方水平測量中心距示意圖。（2）齒側(cè)間隙檢查。齒側(cè)間隙的大小與齒輪模數(shù)、精度等級和中心距有關(guān)。齒側(cè)間隙大小在齒輪圓周上應(yīng)當(dāng)均勻，以保證傳動平穩(wěn)，沒有沖擊和噪聲；在齒的長度上應(yīng)相等，以保證齒輪間接觸良好。圖10—21齒輪中心距的測量圖10—22壓鉛法測量齒側(cè)間隙齒側(cè)間隙的檢查方法

齒側(cè)間隙的檢查方法有壓鉛法和千分表法兩種。

1）壓鉛法。此法簡單，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，應(yīng)用較多。具體測量方法是：在小齒輪齒寬方向上如圖10—22所示，放置兩根以上的鉛絲（供電用的保險絲），鉛絲的直徑根據(jù)間隙的大小選定，鉛絲的長度以壓上3個齒為好，并用干油粘在齒上。轉(zhuǎn)動齒輪將鉛絲壓好后，用干分尺或精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測量壓扁的鉛絲的厚度。在每條鉛絲的壓痕中，厚度小的是工作側(cè)隙，厚度較大的是非工作側(cè)隙，最厚的是齒頂間隙。輪齒的工作側(cè)隙和非工作側(cè)隙之和即為齒側(cè)間隙。

2)千分表法。此法用于較精確的嚙合。如機(jī)床等機(jī)加工設(shè)備。（3）齒輪接觸精度的檢驗(yàn)。評定齒輪接觸精度的綜合指標(biāo)是接觸斑點(diǎn)，即裝配好的齒輪副在輕微制動下運(yùn)轉(zhuǎn)后齒側(cè)面上分布的接觸痕跡。可用涂色法檢查，方法是：將齒輪副的一個齒輪側(cè)面涂上一層紅鉛粉，并在輕微制動下，按工作方向轉(zhuǎn)動齒輪2～3轉(zhuǎn)，檢查在另一齒輪側(cè)面上留下的痕跡斑點(diǎn)。正常嚙合的齒輪，接觸斑點(diǎn)應(yīng)在節(jié)圓處上下對稱分布，并有一定面積，具體數(shù)值可查有關(guān)手冊。

圖10—24圓柱齒輪的接觸斑點(diǎn)位置a）正確的b）中心距太大c）中心距太小d）中心距歪斜圖10—25軸孔垂直度檢查二．圓錐齒輪的裝配

圓錐齒輪傳動軸線的幾何位置一般由箱體加工所決定，箱體內(nèi)主被動軸孔的垂直度誤差按圖10—25所示檢查。接觸精度也用涂色法進(jìn)行檢查，當(dāng)載荷很小時，接觸斑點(diǎn)的位置應(yīng)在齒寬中部稍偏小端，接觸長度約為齒長的2／3左右。載荷增大，斑點(diǎn)位置向齒輪的大端方向延伸，在齒高方向也有擴(kuò)大。如裝配不符合要求：應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。軸線的軸向定位一般以圓錐齒輪的背錐作為基準(zhǔn)，裝配時使背錐面平齊，以保證兩齒輪的正確位置。圓錐齒輪裝配后要檢查齒側(cè)間隙和接觸精度。齒側(cè)間隙一般是檢查法向側(cè)隙，檢查方法與圓柱齒輪相同。若側(cè)隙不符合規(guī)定，可通過齒輪的軸向位置進(jìn)行調(diào)整。三．蝸輪蝸桿的裝配蝸輪蝸桿裝配質(zhì)量的檢查主要包括以下幾個方面：蝸輪與蝸桿軸心線垂直度檢查，通常用搖桿和千分表檢查；蝸輪與蝸桿中心距檢查，通常用內(nèi)徑千分尺測量；蝸桿軸心線與蝸輪中間平面之間偏移量的檢查，通常用樣板法和掛線法檢查，如圖10—28所示。蝸輪與蝸桿嚙合側(cè)隙檢查，可用塞尺、千分表檢查，又分直接測量法和間接測量法；蝸輪與蝸桿嚙合接觸面積誤差的檢查，將蝸輪蝸桿裝入箱體后，將紅鉛粉涂在蝸桿螺旋面上，轉(zhuǎn)動蝸桿，用涂色法檢查蝸桿與蝸輪的相互位置接觸面積和接觸斑點(diǎn)等情況。圖10—28檢驗(yàn)中心距圖10—29渦輪齒面上的接觸斑點(diǎn)10．4聯(lián)軸節(jié)對中調(diào)整聯(lián)軸節(jié)用于連接不同機(jī)器或部件，將主動軸的運(yùn)動及動力傳遞給從動軸。聯(lián)軸節(jié)的裝配內(nèi)容包括兩方面：一是將輪轂裝配到軸上；另一個是聯(lián)軸節(jié)的找正和調(diào)整。輪轂與軸的裝配大多采用過盈配合，裝配方法可采用壓入法、冷裝法、熱裝法及液壓裝配法，這些方法的工藝過程不在本書范圍內(nèi)，下面的內(nèi)容只討論聯(lián)軸節(jié)的找正和調(diào)整。10．4．1聯(lián)軸節(jié)裝配的技術(shù)要求聯(lián)軸節(jié)裝配主要技術(shù)要求是保證兩軸線的同軸度。過大的同軸度誤差將使聯(lián)軸節(jié)、傳動軸及其軸承產(chǎn)生附加載荷。其結(jié)果會引起機(jī)器的振動、軸承的過早磨損、機(jī)械密封的失效，甚至發(fā)生疲勞斷裂事故。因此，聯(lián)軸節(jié)裝配時，總的要求是其同軸度誤差必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。一．聯(lián)軸節(jié)在裝配中偏差情況的分析

(1)兩半聯(lián)軸節(jié)既平行又同心，如圖10—30(a)所示。這時S1=S3，a1=a3，此處S1、S、a1、a3表示聯(lián)軸節(jié)上方（0°）和下方（180°）兩個位置上的軸向和徑向間隙。

(2)兩半聯(lián)軸節(jié)平行，但不同心，如圖10—30(b)所示。這時S1=S3，al≠a3，即兩軸中心線之間有平行的徑向偏移。

(3)兩半聯(lián)軸節(jié)雖然同心，但不平行，如圖10—30(c)所示。這時S1≠S3，a1=a3，即兩軸中心線之間有角位移(傾斜角為α)。

(4)兩半聯(lián)軸節(jié)既不同心，也不平行，如圖10—30(d)所示。這時S1≠S3，a1≠a3，即兩軸中心線既有徑向偏移也有角位移。圖10—30聯(lián)軸節(jié)找正時可能遇到的四種情況

1、2——軸承座支點(diǎn)二．聯(lián)軸節(jié)找正的方法1．直尺塞規(guī)法利用直尺測量聯(lián)軸節(jié)的同軸度誤差，利用塞規(guī)測量聯(lián)軸節(jié)的平行度誤差。這種方法簡單，但誤差大。一般用于轉(zhuǎn)速較低、精度要求不高的機(jī)器。2．外圓、端面雙表法用兩個千分表分別測量聯(lián)軸節(jié)輪轂的外圓和端面上的數(shù)值，對測得的數(shù)值進(jìn)行計算分析，確定兩軸在空間的位置，最后得出調(diào)整量和調(diào)整方向。這種方法應(yīng)用比較廣泛。其主要缺點(diǎn)是對于有軸向竄動的機(jī)器，在盤車時對端面讀數(shù)產(chǎn)生誤差。它一般適用于采用滾動軸承、軸向竄動較小的中小型機(jī)器。3．外圓、端面三表法三表法與上述不同之處是在端面上用兩個千分表，兩個千分表與軸中心等距離對稱設(shè)置，以消除軸向竄動對端面讀數(shù)測量的影響，這種方法的精度很高，適用于需要精確對中的精密機(jī)器和高速機(jī)器。如汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)等，但此法操作、計算均比較復(fù)雜。4．外圓雙表法用兩個千分表測量外圓，其原理是通過相隔一定間距的兩組外圓讀數(shù)確定兩軸的相對位置，以此得知調(diào)整量和調(diào)整方向，從而達(dá)到對中的目韻。這種方法的缺點(diǎn)是計算較復(fù)雜。5．單表法它是近年來國外應(yīng)用比較廣泛的一種找正方法。這種方法只測定輪轂的外圓讀數(shù)，不需要測定端面讀數(shù)。操作測定僅用一個千分表，故稱單表法。此法對中精度高，不但能用于輪轂直徑小而軸端距比較大的機(jī)器軸找正，而且又能適用于多軸的大型機(jī)組（如高轉(zhuǎn)速、大功率的離心壓縮機(jī)組）的軸找正。用這種方法進(jìn)行軸找正還可以消除軸向竄動對找正精度的影響。操作方便，計算調(diào)整量簡單，是一種比較好的軸找正方法。10．4．2．聯(lián)軸節(jié)裝配誤差的測量和求解調(diào)整量一般在安裝機(jī)械設(shè)備時，先裝好從動機(jī)構(gòu)，再安裝主動機(jī)，找正時只需調(diào)整主動機(jī)。主動機(jī)的調(diào)整是通過對兩軸心線同軸度的測量結(jié)果分析計算而進(jìn)行的。同軸度的測量如圖10—31(a)所示，兩個千分表分別裝在同一磁性座中的兩根滑桿上，千分表1測出的是徑向間隙a，千分表2測出的是軸向間隙S，磁性座裝在基準(zhǔn)軸（從動軸）上。測量時，連上聯(lián)軸節(jié)螺栓，先測出上方(0°)的a1、S1，然后將兩半聯(lián)軸節(jié)向同一方向一起轉(zhuǎn)動，順次轉(zhuǎn)到90°、180°、270°3個位置上，分別測出a2、S2；a3、S3；a4、S4。將測得的數(shù)值記錄在圖中，如圖10—31(b)所示。圖10—31千分表找正及測量記錄圖將聯(lián)軸節(jié)再向前轉(zhuǎn)，核對各位置的測量數(shù)值有無變動。如無變動可用式a1+a3=a2+a4；S1+S3=S2+S4檢驗(yàn)測量結(jié)果是否正確。如實(shí)測數(shù)值代入恒等式后不等，而有較大偏差（大于0,02mm），就可以肯定測量的數(shù)值是錯誤的，需要找出產(chǎn)生錯誤的原因。糾正后再重新測量，直到符合兩恒等式后為止。然后，比較對稱點(diǎn)的兩個徑向間隙和軸向間隙的數(shù)值（如a1和a3，Sl和S3），如果對稱點(diǎn)的數(shù)值相差不超過規(guī)定值(0,05～0,1mm)時，則認(rèn)為符合要求，否則就需要進(jìn)行調(diào)整。聯(lián)軸節(jié)找正時的計算圖10—32聯(lián)軸節(jié)的調(diào)整方法1．先使兩半聯(lián)軸節(jié)平行由圖10—32（a）可知，欲使兩半聯(lián)軸節(jié)平行，應(yīng)在主動機(jī)軸的支點(diǎn)2下增加x（mm）厚的墊片，x值可利用圖中畫有剖面線的兩個相似三角形的比例關(guān)系算出：式中D——聯(lián)軸節(jié)的直徑，mm；

L——主動機(jī)軸兩支點(diǎn)的距離，mm；

b——在0°和180°兩個位置上測得的軸向間隙之差(b=S1－S3)，mm。

由于支點(diǎn)2墊高了，因此軸Ⅱ?qū)⒁灾c(diǎn)1為支點(diǎn)而轉(zhuǎn)動，這時兩半聯(lián)軸節(jié)的端面雖然平行了，但軸Ⅱ上的半聯(lián)軸節(jié)的中心卻下降了y（mm），如圖10—32（b）所示。y值可利用畫有剖面線的兩個相似三角形的比例關(guān)系算出：式中

——支點(diǎn)1到半聯(lián)軸節(jié)測量平面的距離。2．再將兩半聯(lián)軸節(jié)同心由于a1>a3，原有徑向位移量e=（a1－a3)／2，兩半聯(lián)軸節(jié)的全部位移量為e+y。為了使兩半聯(lián)軸節(jié)同心，應(yīng)在軸Ⅱ的支點(diǎn)l和支點(diǎn)2下面同時增加厚度為e+v的墊片。由此可見，為了使軸I、軸Ⅱ兩半聯(lián)軸節(jié)既平行又同心，則必須在軸Ⅱ支點(diǎn)1下面加厚度為e＋y的墊片，在支點(diǎn)2下面加厚度為x＋e＋y的墊片，如圖10—32（c）所示。10．4．3．聯(lián)軸節(jié)激光對中法（1）

圖10—33所示為一對需要對中的設(shè)備示意圖。在A軸和B軸上分別安裝能同時發(fā)送和接收激光束的測量器，并通過信號線與儀器主機(jī)相連。激光束分別從裝在A、B軸上的兩只測量器發(fā)出，并被對方所接收。當(dāng)光束落在接收器的光電點(diǎn)陣CCD采集面上時，便形成一個很小的照射區(qū)域，儀器主機(jī)經(jīng)過計算，確定出該照射區(qū)域的能量中心點(diǎn)。隨著軸的轉(zhuǎn)動，各自光束的能量中心點(diǎn)也分別在對方接收器的CCD采集面上移動。儀器根據(jù)位移量即可計算出被測設(shè)備的軸偏差和角偏差。圖10—33激光對中示意圖圖10—34激光對中過程簡化示意圖10．4．3．聯(lián)軸節(jié)激光對中法（2）

激光對中儀是通過分別測量兩個正交平面內(nèi)實(shí)際偏差的分量，并分別糾正其分量偏差來調(diào)整對中設(shè)備的?，F(xiàn)將激光對中儀的工作過程簡化，如圖10—34所示，并研究其中一個平面內(nèi)的偏差分量。圖10—33中，A和B分別為兩個被測軸的軸心線，S為測得的兩只測量器之間的距離，δ為兩軸連接端面處的軸偏差（通常位于兩測量器間的中點(diǎn)），α為兩軸間的角偏差。兩軸經(jīng)過180°的翻轉(zhuǎn)，軸上的測量器便從兩軸的上半部分別移至下半部，此時，激光束分別在對方接收器的CCD采集面上發(fā)生位移，設(shè)位移的徑向分量分別為△A和△B。，可知角偏差與徑向位移分量的關(guān)系為

tanα=(△A+△B)／2S

假設(shè)B軸作平移，使兩軸在中點(diǎn)處重合，則△A和△B將分別變?yōu)椤鰽－2δ和△B+2δcosα。根據(jù)對稱原理，可知軸偏差與徑向位移分量的關(guān)系為△A－2δ=△B+2δcosα從以上分析可知，激光對中儀的測量值僅與對方接收器CCD采集面上光束能量中心位移的徑向分量有關(guān)。從上式可知，角偏差的任何微小變化均可從△A+△B的變化中檢測出來，而使用千分表是無法做到這一點(diǎn)的。上式還表明，當(dāng)角偏差很小時，cosα=1，δ=(△A+△B)／4，測量的精確性相當(dāng)高。激光對中法的優(yōu)點(diǎn)（1）由于激光消除了鋼尺下垂的缺點(diǎn)，所以精確度很高，可達(dá)1μm；（2）測量結(jié)果無需手工繪圖并計算校準(zhǔn)誤差，這一切工

作都可以自動完成，操作中能夠顯示每時每刻的測量值，比如即時反映旋緊螺栓過程中的變化情況；（3）帶永久儲存功能，可事后將所有測量結(jié)果打印輸出

或傳送到計算機(jī)作進(jìn)一步處理；

（4）最大的優(yōu)點(diǎn)是使對中過程簡單化，只需5步工作，即可完成對中；（5）直接給出地腳的移動尺寸，現(xiàn)場移動時對中數(shù)據(jù)實(shí)

時顯示，移動的方向正確與否容易直觀判斷；

（6）大多數(shù)激光對中儀不僅可水平對中，還可進(jìn)行垂直對中。10．5轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術(shù)轉(zhuǎn)子的不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要的激振源，也是許多種自激振動的觸發(fā)因素。不平衡會引起轉(zhuǎn)子的撓曲和內(nèi)應(yīng)力，使機(jī)器產(chǎn)生振動和噪聲，加速軸承、軸封等零件的磨耗，降低機(jī)器的工作效率，嚴(yán)重時甚至?xí)鸶鞣N事故。此外，振動還會通過軸承、機(jī)座等傳到基礎(chǔ)和建筑物，惡化附近的工作環(huán)境。為了改善其工作狀況，轉(zhuǎn)子（小至鐘表擺輪、回轉(zhuǎn)儀轉(zhuǎn)子，大至汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、巨輪的螺旋漿）在制造、安裝調(diào)試或修理時，常要進(jìn)行平衡。平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械在制造、調(diào)試及維修過程中的一個工藝過程，它是通過改變轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布的辦法，即在轉(zhuǎn)子上適當(dāng)?shù)牡胤?，加上（或減去）一些質(zhì)量(稱為校正質(zhì)量或配重)，從總體上盡可能地減小轉(zhuǎn)子的不平衡。平衡的具體目標(biāo)是減少轉(zhuǎn)子撓曲、減少機(jī)器振動以及減少軸承動反力。這三個目標(biāo)有時是一致的，有時是有矛盾的，但是它們必須統(tǒng)一于平衡的最終目標(biāo)——保證機(jī)器平穩(wěn)地、安全可靠地運(yùn)行。10．5．1靜不平衡與動不平衡不平衡可分為靜不平衡、偶不平衡和動不平衡。任何固體正常旋轉(zhuǎn)時都是以其主慣性軸為旋轉(zhuǎn)軸的，而且主慣性軸通過它的重心。轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)時，其旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)該與其主慣性軸重合。任何不平衡因素都會改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，并導(dǎo)致主慣性軸位置的變化。圖10—35靜不平衡1．靜不平衡

不平衡位于轉(zhuǎn)子的中部，在這種情況下，只要在不平衡量沿徑向的反方向上加一個配重就可以消除不平衡，如圖10—35所示，轉(zhuǎn)子上部圓點(diǎn)代表不平衡量，下部的圓點(diǎn)代表加的配重。注意靜不平衡的主慣性軸平行于旋轉(zhuǎn)軸。圖10—36偶不平衡2．偶不平衡如圖10—36所示，m1=m2，轉(zhuǎn)子的重心是在旋轉(zhuǎn)軸上，但主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸不重合，因而至少要放置兩塊配重才能達(dá)到平衡的目的，如圖中與m1和m2所對應(yīng)畫圈的地方。3．動不平衡動不平衡是以上兩種不平衡的綜合，

m1≠m2，轉(zhuǎn)子的重心不在旋轉(zhuǎn)軸上，而且主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸也不平行。對于這類平衡至少需要兩個配重。10．5．2剛性轉(zhuǎn)子與柔性轉(zhuǎn)子、靜平衡與動平衡如果轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于其一階臨界轉(zhuǎn)速（注：一階臨界轉(zhuǎn)速指的是轉(zhuǎn)動的頻率=軸系的一階自振頻率，當(dāng)轉(zhuǎn)頻達(dá)到這一條件，軸系發(fā)生共振），此時不平衡離心力較小，而且轉(zhuǎn)軸的剛度較大。因而不平衡力引起的轉(zhuǎn)子撓曲變形很?。ㄏ鄬D(zhuǎn)子偏心量），可以忽略。這種轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。反之，不平衡力引起的撓曲變形不能忽略（撓曲使得偏心量加大）的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速低于0.5倍的一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子。即n<0.5ne。柔性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速高于0.7倍的一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子。即n>0.7ne。柔性轉(zhuǎn)子與剛性轉(zhuǎn)子的動力學(xué)特性有很大的不同，因而它們的平衡方法差異也很大。1．轉(zhuǎn)子做靜平衡的條件在GB9239—1988平衡標(biāo)準(zhǔn)中，對剛性轉(zhuǎn)子做靜平衡的條件定義為：如果盤狀轉(zhuǎn)子的支撐間距足夠大并且旋轉(zhuǎn)時盤狀部位的軸向跳動很小，從而可忽略偶不平衡(動平衡)，這時可用一個校正面校正不平衡即單面(靜)平衡。只做靜平衡的轉(zhuǎn)子條件如下：（D／b——轉(zhuǎn)子直徑D與兩校正面之間的距離b之比）（1）對單級泵、兩級泵的轉(zhuǎn)子，凡工作轉(zhuǎn)速小于1800rpm時，不論是D／b<6或D／b≥6，只做靜平衡即可。但是如果要求做動平衡時，必須要保證D／b<6，否則只能做靜平衡。（2）對單級泵、兩級泵的轉(zhuǎn)子，凡工作轉(zhuǎn)速高于1800rpm時，如果D／b≥6，則只做靜平衡即可。但平衡后的剩余不平衡量要不大于許用不平衡量的1／2。如果要求做動平衡，要看兩個校正面的平衡是否能在平衡機(jī)上分離開，如果分離不開，則只能做靜平衡。（3）對一些開式葉輪等轉(zhuǎn)子，如果不能實(shí)現(xiàn)兩端支撐，則只做靜平衡即可。因?yàn)閮啥瞬荒苤?，勢必進(jìn)行懸臂，這樣在平衡機(jī)上做動平衡很危險，只能在平衡架上進(jìn)行單面(靜)平衡。2．轉(zhuǎn)子做動平衡的條件在GB9239標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：“凡剛性轉(zhuǎn)子如果不能滿足做靜平衡的盤狀轉(zhuǎn)子的條件，則需要在兩個平面來平衡，即動平衡。”只做靜平衡的轉(zhuǎn)子條件如下（平衡靜度G0.4級為最高精度，一般情況下泵葉輪的動平衡靜度選擇G6.3級或G2.5）。（1）對單級泵、兩級泵的轉(zhuǎn)子，凡工作轉(zhuǎn)速高于1800rpm時，只要D／b<6時，應(yīng)做動平衡。（2）對多級泵和組合轉(zhuǎn)子(3級或3級以上)，不論工作轉(zhuǎn)速多少，應(yīng)做組合轉(zhuǎn)子的動平衡。10．5．3剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡方法

對于剛性轉(zhuǎn)子，不平衡離心力引起的轉(zhuǎn)子撓曲可以忽略，因此可以用剛體力學(xué)的辦法來處理其平衡問題。這時，平衡轉(zhuǎn)速一般選得遠(yuǎn)低于第一臨界轉(zhuǎn)速，故又稱為低速平衡。圖10—37中靜不平衡的轉(zhuǎn)子，其平衡方法十分簡單。圓盤面即為校正平面。把轉(zhuǎn)子放在水平的兩條平行導(dǎo)軌上或滾輪架上（圖10—37）任其自由滾動，質(zhì)心c總是趨于支點(diǎn)的下方。經(jīng)過幾次加重(或減重)的屢試后，轉(zhuǎn)子的不平衡量就能減小到許可的程度。此時轉(zhuǎn)子在導(dǎo)軌上近似處于隨遇平衡狀態(tài)。平衡精度取決于轉(zhuǎn)子與導(dǎo)軌或滾輪之間的滾動摩擦。轉(zhuǎn)子不需運(yùn)轉(zhuǎn)，就能進(jìn)行平衡，故稱為靜平衡。圖10—37靜平衡方法10．5．4剛性轉(zhuǎn)子的動平衡方法

剛性轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場動平衡方法主要有兩種：

1.三圓幅值法；

2.影響系數(shù)法。三圓幅值法的優(yōu)勢在于不要求對相位角的精確測量，但只能作單面動平衡。影響系數(shù)法主要用于雙面動平衡，也可用于單面動平衡，這個方法嚴(yán)重依賴相位角的精確測量。在廣泛使用數(shù)字式測量儀器的現(xiàn)在，精確測量已經(jīng)不是障礙，但仍然在現(xiàn)場實(shí)際操作中應(yīng)給予相當(dāng)?shù)闹匾暋，F(xiàn)場動平衡的測量儀表布置

現(xiàn)場動平衡的測量儀表布置見圖10—38，其中零相位點(diǎn)的測量，可以用光電轉(zhuǎn)速儀+反射片，也可用超高頻接近開關(guān)（200Hz或以上）或磁電式轉(zhuǎn)速計（渦流傳感器）+代表0相位點(diǎn)的凸臺或凹坑。

振動測量儀相位測量儀轉(zhuǎn)子測振傳感器測振傳感器相位測量傳感器圖10—38現(xiàn)場動平衡的儀表布置

所以在找動平衡前，還要做好下列準(zhǔn)備：

1．作動平衡前，一定要做好聯(lián)軸節(jié)的對中，將不對中的影響減少到最小。因?yàn)槁?lián)軸節(jié)不對中，會給找動平衡帶來

極大的干擾，甚至造成找動平衡失敗。2．如果采用影響系數(shù)法找動平衡，A/D采樣頻率≥120×

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻（轉(zhuǎn)/秒）。即每轉(zhuǎn)采120點(diǎn)以上，這樣控制相位誤差≯3°。一．三圓幅值法步驟如下：（1）將待平衡的剛性轉(zhuǎn)子配重槽圓周三等分，等分點(diǎn)用A、B和C表示，圓心用O表示，夾角都為120°。（2）加試重，取試重p(g)。（3）將試重分別放在A、B和C三點(diǎn)上，三次開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)測得振幅分別為：

A點(diǎn)的振幅：A1(μm)；

B點(diǎn)的振幅：A2(μm)；

C點(diǎn)的振幅：A3(μm)。ABC120°圖10—39原振矢基礎(chǔ)圓（4）用相同的比例，作振動向量圖。

第一步：以初始機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的振幅A0為半徑畫圓。

第二步：在A0圓上等分三點(diǎn)，夾角為120°，編號也用A、B和C來表示，如（圖10—39）所示。

第三步：以A為圓心，以A1為半徑畫圓。

第四步：以B為圓心，以A2為半徑畫圓。

第五步：以C為圓心，以A3為半徑畫圓。在圖10—40中，圓A1和圓A2交于a點(diǎn)，圓A1和圓A3交于b點(diǎn)，圓A2與圓A3交于c點(diǎn)。

第六步：連接abc三點(diǎn)，并作Δabc的外接圓；圓心為O1，如圖10—41所示。

第七步：連接圓心OO1。

第八步：測量OB和OO1的夾角，用W°來表示。ABCabc轉(zhuǎn)動方向ABCabc轉(zhuǎn)動方向OO1圖10—40三圓相交圖10—41作Δabc的外接圓（5）平衡質(zhì)量的計算和平衡位置的確定。

平衡質(zhì)量：（g）平衡位置：在剛性轉(zhuǎn)子上，從B點(diǎn)向A點(diǎn)移動角度W°。二．影響系數(shù)法

A雙面平衡法（1）

1) 在轉(zhuǎn)子兩端選擇測點(diǎn)A、B，測得原始振動矢量A0，B0（A0，B0，γA0，γB0）

2) 取兩個校正平面Ⅰ、Ⅱ，加重半徑分別為R1、R23) 先在平面Ⅰ加試重Q1（相對相位標(biāo)記的方位角，順轉(zhuǎn)向?yàn)棣肣1），測得A、B點(diǎn)振動矢量A1、B1。矢量A1—A0、B1—B0為Q1的

效果矢量。作矢量圖如圖10—42所示。

方位角為零的單位試重的效果矢量稱為影響系數(shù)α1、β1A1－A0A0A1B1－B0B0B1圖10—42平面Ⅰ配重的效果矢量圖γQ1A雙面平衡法（2）4) 取下Q1，在平面Ⅱ加試重Q2（相對相位標(biāo)記的方位角，順轉(zhuǎn)向?yàn)棣肣2），測得A、B點(diǎn)振動矢量A2、B2。矢量A2—A0、B2—B0為Q2的效果矢量。作矢量圖如圖10—43所示。

方位角為零的單位試重的效果矢量稱為影響系數(shù)α2、β2A2－A0A0A2B2－B0B0B2γQ2圖10—43平面Ⅱ配重的效果矢量圖A雙面平衡法（3）5) 校正平面Ⅰ、Ⅱ上所需校正質(zhì)量P1、P2由下式求得：

6) 其模P1、P2表示校正質(zhì)量的大??；幅角表示校正質(zhì)量的方位角γP1，γP2；加重半徑分別為R1、R27) 如果平衡出現(xiàn)反常和困難，就有必要校驗(yàn)試重與測點(diǎn)

振動值之間的線性關(guān)系是否良好，相位關(guān)系有沒有重復(fù)性，平衡轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子是否有明顯的撓曲變形等。必要時要更改校正平面或測振點(diǎn)的位置，重新進(jìn)行動平衡。B單面平衡法

單面平衡法雖然不是嚴(yán)格的動平衡，但是對于單圓盤類剛性轉(zhuǎn)子在某些簡單條件下仍有滿意的平衡效果。因此經(jīng)常用于現(xiàn)場平衡工作中。

1)在轉(zhuǎn)子一端選擇測點(diǎn)A，測得原始振動矢量A0（A0，γA0）

2)取一個校正平面Ⅰ，加重半徑為R3)在平面Ⅰ加試重Q

（相對相位標(biāo)記的方位角，順轉(zhuǎn)向?yàn)棣肣），測得A點(diǎn)振

動矢量A1。矢量A1—A0為Q的效果矢量。作矢量圖如

圖10—44所示。A1－A0A0A1γQQβPQ圖10—44配重Q的效果矢量圖方位角為零的單位試重的效果矢量稱為影響系數(shù)α

設(shè)在平面Ⅰ欲加的平衡重為P，位于原始振動矢量A0的對面，即αXP=A0。則有：

αPx=A0x αPy=A0y

解方程組，算得Px、Py，求得平衡重

及相對試重Q的偏移角∠β=∠P－∠Q。課程講完再見！預(yù)祝各位通過工業(yè)實(shí)踐操作，掌握和精通機(jī)械故障診斷技術(shù)，成為診斷專家！第十一章其它故障診斷技術(shù)11.1斷口分析技術(shù)斷口記錄了斷裂過程的相關(guān)信息，是一個重要的物證。機(jī)械零部件的斷裂原因分析，涉及許多技術(shù)，他們有：材料元素組成方面的光譜分析技術(shù)；金相組織方面的金相分析技術(shù)；材料性能方面的強(qiáng)度硬度分析技術(shù)；零件結(jié)構(gòu)方面的斷口分析技術(shù)。光譜分析、金相分析、強(qiáng)度硬度分析都需要依賴精密貴重的儀器儀表，斷口分析技術(shù)靠的是人眼的觀察，它是在工業(yè)現(xiàn)場就能初步分析的技術(shù)。11.1.1斷口分析基礎(chǔ)知識對于具有塑性特征的金屬材料，斷裂是拉伸應(yīng)力作用的結(jié)果，壓縮應(yīng)力只能造成壓潰，斷口邊緣處的擠出飛邊就是其特征，剪切斷裂的主要作用應(yīng)力仍然是拉伸正應(yīng)力，如圖11-1所示，所以軸類零件的純扭轉(zhuǎn)斷裂是沿45°線開裂。一．拉伸試棒的斷口特征

塑性材料（如結(jié)構(gòu)鋼類）制造的拉伸試棒的斷口如圖11-2，斷口處明顯表現(xiàn)出縮頸現(xiàn)象，斷面呈杯狀。ττττσσσσ圖11-1剪切應(yīng)力分析圖11-2塑性材料的拉伸斷口這是因?yàn)樵跀嗔亚?，拉?yīng)力首先超過屈服極限，材料內(nèi)部的晶粒被拉伸，同時出現(xiàn)流動。而材料表面的晶粒約束小，容易流動補(bǔ)充，所以伸長多些，而內(nèi)部的材料晶粒約束較多，流動補(bǔ)充不易，所以在芯棒中心的晶粒首先發(fā)生斷裂，斷裂部位從中心向外延展。因而在斷面處產(chǎn)生杯狀斷口。

鋼鐵材料的主體是鐵碳合金，在從液態(tài)凝固成固體時，首先形成晶核的是純鐵的鐵素體，碳及其他合金原子則被排擠分布到晶界處，因而晶界是扭曲的，是抵抗變形錯動的主要部分。這就是為什么細(xì)晶粒鋼的強(qiáng)度大于粗晶粒鋼的原因，鋼鐵材料的熱處理就是通過獲得不同的晶粒組織來獲得所需的機(jī)械性能。因而斷裂發(fā)生前塑性較高的鐵素體晶粒被拉長，斷裂后，這些拉長的痕跡被保留下來，在斷口處表現(xiàn)為參差不齊的形態(tài)，通常稱為纖維狀。二．穿晶斷裂與沿晶斷裂

a)穿晶斷裂(b)沿晶斷裂圖11-3斷裂形態(tài)如圖11-3（a）所示，穿晶斷裂的裂紋穿過金屬材料的晶體，這是因?yàn)榱鸭y的延展總是沿著最弱方向，而材料中由鐵素體組成的晶粒處于強(qiáng)度最弱的位置，存在扭曲錯位的晶界則是裂紋延展的阻力，晶粒愈大，裂紋擴(kuò)展愈易。

穿晶斷裂是應(yīng)力斷裂的微觀特征，晶粒表現(xiàn)為殘余的變形，斷口表現(xiàn)為纖維狀。圖11-3（b）是沿晶斷裂的示意圖，沿晶斷裂是化學(xué)腐蝕的結(jié)果。在晶界處材料內(nèi)的雜質(zhì)全猬集于此，其中有化學(xué)性質(zhì)活躍的硫、磷等，再加上各類元素原子的鍵合度差異，存在許多薄弱環(huán)節(jié)，化學(xué)腐蝕最容易沿晶界擴(kuò)展。不銹鋼就是利用了鉻、鎳原子與鐵原子的高鍵合度，同時也在表面生成化學(xué)性質(zhì)牢固的強(qiáng)氧化膜阻擋了化學(xué)物質(zhì)的入侵，合金原子的鍵合度是改善鋼鐵材料機(jī)械性質(zhì)的重要因素。在金屬表面生成化學(xué)性質(zhì)牢固的氧化膜也是阻擋腐蝕的一種有效方式，鋁合金的陽極氧化工藝就是走的這樣一種路線。沿晶斷裂是化學(xué)腐蝕的微觀特征，斷口表面相對平滑。許多輸送化學(xué)物質(zhì)的管道腐蝕穿孔的主要原因就是沿晶斷裂。11.1.2疲勞斷口的特征疲勞斷口是在交變應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的。為了研究觀察疲勞斷口的特征，構(gòu)造了如圖11-4形式的試驗(yàn)裝置。交變載荷力承載梁的截面圖11-4彎曲疲勞斷裂試驗(yàn)裝置承載梁的結(jié)構(gòu)情況有兩種，一種是表面光滑的矩形斷面梁（表面殘留最后精磨加工的擠壓應(yīng)力）；另一種是在最大應(yīng)力處做了環(huán)截面應(yīng)力集中溝痕的矩形斷面梁。這種情況下，疲勞斷裂的斷口有兩種：裂源貝殼紋

終斷區(qū)圖11-5表面光滑矩形斷面圖圖11-5表面光滑的矩形截面斷面圖。特征如下：1．裂源出現(xiàn)在最大應(yīng)力處，從存在原始缺陷處開始。疲勞斷裂的裂源只有一處，一旦出現(xiàn)就抑制了其它裂源的產(chǎn)生。裂源產(chǎn)生后，因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展緩慢，反復(fù)的張開閉合使得表面因擠壓而光滑，工業(yè)現(xiàn)場因環(huán)境的影響，裂源處還可能出現(xiàn)銹跡。2．貝殼紋是裂紋擴(kuò)展殘留的痕跡。因試驗(yàn)梁的外表面光滑而且殘留加工的擠壓應(yīng)力，因此芯部擴(kuò)展快，邊緣擴(kuò)展慢。貝殼紋是受載荷不均勻的影響，裂紋擴(kuò)展快慢變化所留的痕跡，而且隨著材料承載面積的減小逐步加大。3．終斷區(qū)，當(dāng)殘余材料承載面積上的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時，發(fā)生瞬間斷裂。因此整個斷面面積與終斷區(qū)面積之比為零件的安全裕度。如圖11-5，安全裕度約為2。終斷區(qū)的宏觀表象是纖維狀。

裂源貝殼紋終斷區(qū)圖11-6存在應(yīng)力集中的矩形斷面圖圖11-6是存在應(yīng)力集中的矩形截面斷面圖。特征如下：

1．裂源，與圖11-5相同，疲勞斷裂的裂源只有一處。2．貝殼紋，因試驗(yàn)梁的表面存在應(yīng)力集中，裂紋擴(kuò)展速度表面快于芯部。3．終斷區(qū)。與圖11-5相同，也是殘余材料承載面積上的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時，發(fā)生瞬間斷裂。也可以用以判別零件的安全裕度。

1．首先觀察裂源，若只有一個裂源，則表明為疲勞斷裂。多個裂源則為突發(fā)性斷裂。疲勞斷裂有一個發(fā)展過程，是可以事先預(yù)防的，突發(fā)性斷裂發(fā)展時間很短，是不可預(yù)防的。2．觀察貝殼紋的走向特征，判定表面是否存在應(yīng)力集中。3．觀察終斷區(qū)，估計零件的安全裕度。

疲勞斷裂表面的判讀：圖11-7純扭轉(zhuǎn)斷裂的斷口人字紋山脊紋終斷區(qū)因?yàn)閳A軸的外圓始終是最大應(yīng)力區(qū)，因而可以有多個裂源在圓周上產(chǎn)生。圓周處的人字紋是存在應(yīng)力集中的表現(xiàn)，應(yīng)力集中在多數(shù)情況是車刀的刀痕造成。山脊紋是裂紋擴(kuò)展殘留的痕跡，它是由無數(shù)的45°微裂紋的組合，由于受到另一斷面的約束和擠壓，山脊很低，必須仔細(xì)觀察才能察覺。純扭轉(zhuǎn)斷裂的終斷區(qū)位于圓心，這是純扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的特征。提高傳動軸抗疲勞的措施有：提高表面光潔度，最后工序采用磨削；使軸表面存在殘余擠壓應(yīng)力，如最后工序采用滾壓或噴丸。

圖11-7所示為塑性材料傳動軸純扭轉(zhuǎn)斷裂的斷口。11.1.3突發(fā)斷口的特征塑性斷裂的特征是斷口殘留著塑性變形的痕跡，塑性材料的突發(fā)性斷裂是由突然超載造成的。因?yàn)樗苄圆牧现圃斓臋C(jī)械零件都有一定的安全裕度，突然超載多數(shù)是操作失誤造成過大的動載荷，如在起吊滿載或近滿載時，快速提升或下降陡停；在轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)時突然打反轉(zhuǎn)，都能產(chǎn)生的強(qiáng)烈的慣性動載荷。例如：某鋼鐵公司冷軋廠天車因起吊動作過猛，引起鋼卷上下抖動，導(dǎo)致吊具發(fā)生突然斷裂；某鋼鐵廠煉鋼轉(zhuǎn)爐因操作工在轉(zhuǎn)動過位時，突打反轉(zhuǎn)，造成傾動大齒輪發(fā)生斷齒；都是操作失誤造成設(shè)備損壞的例子。在突發(fā)性超載的應(yīng)力作用下，零件材料內(nèi)部多個裂源同時在應(yīng)力最大處出現(xiàn)及發(fā)展。由于各斷裂面按各自的弱面發(fā)展，往往這些面不在同一截面，斷裂面在發(fā)展過程中必然發(fā)生轉(zhuǎn)向，與另一斷裂面匯合。斷裂面發(fā)生轉(zhuǎn)向留下的痕跡在專業(yè)術(shù)語上稱為斷裂瘤，斷裂瘤是塑性材料突發(fā)斷裂的重要特征。

突發(fā)斷口是指快速斷裂所產(chǎn)生的斷口，根據(jù)材料斷裂的特征，分為塑性斷裂和脆性斷裂兩類。脆性斷裂的一個重要特征是金屬材料在低應(yīng)力狀態(tài)下的突然斷裂。

脆性斷裂的斷口特征是表面較光潔，幾乎看不到金屬材料流動變形的痕跡。這是因?yàn)榇嘈詳嗔阎饕茄刂Ы绨l(fā)展，晶界雖然扭曲，卻沒有填充滿，這是從液態(tài)冷卻到固態(tài)時，晶粒收縮造成的空隙。這些空隙甚至允許直徑小的原子通過，如氫原子就能通過空隙而聚集，當(dāng)然它們需要時間。因此氫脆并不發(fā)生在加工完后，而是發(fā)生在安裝完成，投入生產(chǎn)的時候。例如葛洲壩電站的渦輪機(jī)殼，材料16Mn，厚50mm，武漢某廠制造完成，在電站現(xiàn)場安裝完，不到24小時沿圓周焊縫開裂3/4圓，判定為氫脆斷裂。如果發(fā)生在通水發(fā)電后，就相當(dāng)麻煩。產(chǎn)生脆性斷裂的原因很多，在一般工業(yè)現(xiàn)場多數(shù)情況常溫發(fā)生的是氫脆，低溫冷脆主要發(fā)生在制氧機(jī)等深冷設(shè)備上。氫脆的原因主要是焊條在焊接前烘干脫水不足、焊接表面有油污（機(jī)械潤滑油是碳?xì)浠衔铮┑?。磷硫含量高的鋼材容易發(fā)生低溫冷脆，所以專用的低溫鋼對磷硫含量有嚴(yán)格的控制。

11.1.4斷口分析診斷實(shí)例主卷卷筒主卷減速機(jī)制動閘主卷電機(jī)小車車體小車行走輪圖11-8小車主卷布置圖斷裂處某鋼鐵公司冷軋廠成品庫15噸天車是大連起重機(jī)廠制造，該種天車在冷軋廠有15臺，只有成品庫中的一臺天車經(jīng)常發(fā)生主卷減速機(jī)一軸斷裂事故。斷軸部位見圖11-8所示，廠方經(jīng)過長期觀察，發(fā)現(xiàn)每使用三個月以上就會發(fā)生，因此廠里安排組織了一批該軸的備件，不到三個月就換。但是這樣頻繁的更換仍然避免不了事故發(fā)生，一旦發(fā)生，正在吊裝的成品從空中快速墜下，近10噸的鍍錫、鍍鋅薄板從正品變成了次品。使廠里的人員不堪忍受，因此委托公司所屬的大專院校研究斷裂原因。我們接到委托時，也拿到了最近的事故斷軸。斷裂部位在軸的傳動端滾動軸承安裝軸頸與過渡段軸頸的臺肩處，在過渡軸頸上，如圖11-9所示。這兩段軸頸的半徑相差5mm，