摘要：本文通过建立故障树，列出弹簧扭力偏小、螺栓阻碍衬套运动等2项基本事件，经过计算和运动机理分析，在故障现象难以复现的情况下找出了摇臂机构故障原因。

关键词：故障树；弹簧；计算；运动机理

1.故障现象

某设备出厂验收时需进行各项功能检测，其中一项振铃检测可测试设备内电路是否导通从而判断其能否正常工作。某批次设备出厂验收时发现有两台设备做振铃检测时振铃未响，工作信号灯未亮。经检查将故障定位为设备内摇臂未正常复位。

2.故障分析

摇臂复位机构的复位动作由弹簧产生，复位时摇臂及衬套绕螺栓运动一定角度。通过对摇臂运动机理的分析建立故障树（见图1）：

图1 故障树

针对可能导致事件A发生的各种原因，列出了2种基本事件。

2.1弹簧扭力偏小C1

摇臂所用弹簧为串联双扭结构，钢丝直径d=2.1mm，扭簧中径D2=8.4mm，有效圈数n =4（单边为4圈，总8圈），a1=36mm， a2=23mm。（见图2）

图2 弹簧示意图

首先由公式（a1 +a2）≥0.09πD2n来判断扭臂的变形是否考虑。

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

可以看出（a1 +a2）>0.09πD2n所以应该考虑扭臂变形。

按考虑扭臂变形时的计算公式计算：

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

当旋转到45°时力矩M= P`rd×45°×2= 27 kgf·m

通过该公式计算可以得出弹簧扭矩满足指标要求。同时，对库存50件弹簧及包含故障设备所用弹簧在内的同批次20件弹簧力矩进行了重新复验，均符合（245—343N.m）设计要求。

因此，弹簧扭矩偏小可以排除。

2.2螺栓阻碍衬套运动D1

螺栓为摇臂的转动轴，通过螺纹连接在终端开关机构壳体上（见图3）。在摇臂复位时，摇臂及衬套会绕螺栓转动（摇臂与衬套为过盈配合，视为一整体）。螺栓上如有突起，与衬套内壁接触时在弹簧内圈的压力下可能产生较大阻碍，影响摇臂转动灵活性。检查本批次故障设备，发现其螺栓中部有环形划痕，放大镜观察摇臂轴套内壁可在相应位置发现环形划痕，怀疑为螺栓上毛刺在装配过程中掉落，形成多余物卡滞在轴套中造成。用此零件重新装配后摇臂无法复位问题不再复现，为进一步验证，检查生产线上和库存的80多件螺栓，发现6件有螺纹突起毛刺， 而所有螺栓外圆、衬套内孔尺寸经检查均合格。从中挑选了2件螺栓，重新装配了两套终端开关机构组件，进行手动测试，未发现摇臂无法复位现象；再将这两件螺栓拆除后发现，经过一次装配后螺纹根部的毛刺突起已被摩擦掉。

图3 螺栓突起示意图

因此，虽然故障现象没有复现，但通过故障树模式方法进行排除并结合运动机理分析，确定该设备内摇臂无法复位的原因为：螺栓阻碍衬套运动，即螺栓上收尾螺纹的突起毛刺阻碍摇臂及衬套运动。

3.故障排除

3.1毛刺生成机理

螺栓车出外形后用板牙M4×0.7-6e制螺纹，板牙制螺纹与车刀制螺纹最大的区别就是在板牙收尾退出点会形成明显的毛刺点，大概高度为0.1mm以上（按板牙情况核定），只能用细锉刀沿外圆平推去掉毛刺。毛刺会随装配进入衬套，螺栓与衬套配合间隙经核算为0.05～0.225mm，如果毛刺包络尺寸小于0.05mm，则在装配后因小于间隙下限不影响衬套转动；如果毛刺包络尺寸在0.05～0.225mm之间，则装配后在间隙中会产生一定的摩擦力，而弹簧随着弹性开口的变大，弹力逐渐变小，当弹力与摩擦力持平时，则停止转动，从而使摇臂复位失效。

3.2处理措施

完善工艺规程，明确螺栓去除毛刺工步并增加检验工序；所有螺栓全部报废，重新加工。

参考文献：

[1]闻邦椿.机械设计手册：第3卷.5版[M].北京：机械工业出版社，2010.1.

作者简介：张煜（1983-），男，湖北襄阳人，研究方向：机电工程。