电机法兰盘螺钉断裂是什么原因?

电机处于类似悬臂梁的悬挂状态,其重量由6枚螺钉承载。这些法兰盘螺钉在使用过程中,其啮合部位螺纹承受了剪切和摩擦等作用,螺杆部分则承受了弯曲和拉伸等作用;而处于悬空状态的电机在工作时必然产生较大的振动,加大了螺钉承受的载荷,使螺钉处于复杂应力状态。

 
测试表明,4枚未断螺钉的有效工作长度仅1枚的长度达到40mm,其余3枚均经过切割而尺寸不足。其原因可能是该电动机法兰盘的对偶件上的螺钉孔深度不足,以至于这些螺钉不经切割便无法安装。按实际起啮合作用的牙数估算,经切割的1~3号螺钉的螺纹承载啮合面较4号螺钉减少2816%,这就必然使其实际载荷大大增大,成为螺纹断裂的主要内因。
 
由Q235钢制成的螺钉,其组织为铁素体+珠光体,说明其未经热处理,因此硬度低(经测定,3号和6号螺钉的硬度仅为92HRB左右),耐磨性较差,强度也不高。在使用过程中,超负荷使得啮合部位发生塑性变形、破裂及微动磨损,导致螺纹啮合面逐渐减小,最后失去承载作用。由于螺钉属于内置式,所以现场维护时难以检查和发现,未能及时采取补救措施。1~4号螺钉因磨损、变形乃至破裂而失效后,造成承载应力分布失衡;余下的5号和6号螺钉难以承受大大增加的拉伸和弯矩等载荷,最终在2004113 焊接接头在300e下的疲劳裂纹扩展特性[英]. / Akihiko Ohta, et al. Journal of PressureVessel Technology, 2003,125:131.
 
对锅炉和压力容器用钢的焊接接头在高温下的疲劳裂纹扩展特性作了试验研究。采用带纵向缺口的中心裂纹试样在一特制的加热炉中试验,当热应力降低到-1MPa时,焊接接头在300e时的疲劳裂纹扩展特性和在室温下时相似。焊接接头中的拉伸残余应力在焊后为+152MPa,经焊后热处理后为+12MPa。焊接接头在焊后状态、焊后热处理后以及相应母材的疲劳裂纹扩展门槛值分别为2.7MN#m-3/2,5.1MN#m-3/2和7.3MN#m-3/2。
 
2004114 预应变对管线钢的断裂韧性和疲劳裂纹扩展的影响[英]. / Naoto Hagiwara, et al. Journalof Pressure Vessel Technology,2001,123:355.
 
对带有单轴拉伸(或压缩)预应变的一些管线钢进行了裂纹尖端张开位移(CTOD)和疲劳裂纹扩展试验研究。结果表明,CTOD的临界值会随着预应变的增加而减少。因预应变导致的CTOD临界值减少量与钢的韧脆转变温度有关。一定数量的预应变会引起钢的韧脆转变温度升高。压缩预应变比拉伸预应变对降低CTOD临界值和韧脆转变温度的影响大。而对于疲劳,只有高的压缩预应变会加速疲劳裂纹的萌生与扩展,拉伸预应变对疲劳特性没有明显影响。
 
2004115 用局部近似法估算预应变与动载荷对结构钢断裂韧性的影响[英]. / Fumiyoshi Minaml, etal. Transactions of the ASME,2001,123:362.
 
鉴于近年来大地震的破坏,人们越来越关注防止钢结构在地震载荷下的失稳断裂。通过一次地震中的实验,用局部近似法来估算预应变及动载荷对结构钢断裂韧性的影响。预应变和动载荷会导致相近的结果,屈服强度和拉伸强度升高而断裂韧性降低。但是预应变和动载荷的联合影响并不等于单个影响的相加。局部近似法的分析表明,在脆裂初期的临界Weibull应力与预应变和动载荷无关。根据Weibull应力断裂准则,预应变与动载荷对断裂韧性的影响可通过原始材料的静态韧性结果来预测。作为工程应用,作者提出一个简化的方法来估算地震条件下的断裂韧性。该方法使用一个参照温度概念,预应变材料在服役温度下的动态断裂韧性由更低温度(T-$TpD)下的原始材料的静态韧性来代替。
 
$TpD即为相当于由预应变和动载荷导致的断裂韧性的变化所对应的变化温度,该值在地震条件下是一个与流变应力增量相关的函数。
 
运行中发生突发性断裂。
 
螺钉断裂后,电动机法兰盘与减速器的连接固定作用失效,电动机的花键轴与减速器齿轮脱离,使减速器失去动力,引起钢丝绳卷筒失控,其吊运的梁片以自由落体方式急速下落,产生巨大的冲击力导致架桥机整体倾覆。

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