谈谈关于高压电机轴断裂根本原因分析

 如果发生了高压电机轴断裂现象,w对高压电机轴断裂面进行宏观观察和微观分析,综合判定轴的断裂形式,找出断口裂纹源位置,并对电机轴材质进行金相观察、电镜扫描、成分测定等分析。

  2.1.1 轴断裂面宏观及微观形貌观察 轴断裂面处于轴上轴承安装处的过渡圆弧区域(轴承安装根部)。图 1 为断轴宏观断裂面,局部发生磨损,断口表面齐整与轴向垂直,无缩颈和塑性变形痕径。断口疲劳条带明显,从外圆向中心扩展,最终瞬断区面积小于轴截面积的 10%,说明断轴所受名义应力较小。
    
  通过电镜扫描微观观察,断裂源起源于轴颈堆焊层表面,呈多源分布特征,有点裂纹源和线性裂纹源2.1.2 电机轴材质分析 对基体进行光谱元素测量,分析结果示于表 1。分析结果表明,轴材质元素成分分布均匀,无其他缺陷,仅含有少量硫化物、氧化物等冶金缺陷,属于中碳钢,对应我国 45#钢,是电机轴常用推荐材料,分析认为轴材质合格,并未对轴断裂造成影响。
  2.2 电机轴力学计算分析由于电机轴为阶梯轴,不同阶梯截面处承受的力矩和应力是不同的。电机运行时轴受到弯扭力矩的共同作用,如果某一阶梯截面承受应力过大,则可能最先在阶梯截面过渡圆弧处萌发裂纹和发生断裂,因此找出电机轴受力危险截面,对判断轴断裂原因有重要作用。电机轴力学分析简化模型如图 4 所示。图中,F1、F2为皮带张紧力;F3、F4为电机轴支撑力;Me为电机转矩;O 与O1为电机轴支撑点;F 为皮带张紧力 F1与 F2的合力;T 为 O1支撑点承受的弯矩;D 为电机轴分析截面直径;M 为分析截面对应扭矩;L 和 l 分别为电机左端轴承距右端轴承及电机带轮的水平距离。
      
       通过以上方法测试,高压电机轴断裂的根本原因为一下几点:电机轴断裂形式属于低应力旋转弯曲疲劳断裂,其根本原因为电机轴翻修过程中存在缺陷(轴肩过渡圆角无工艺控制要求、焊后未进行热处理、堆焊层夹杂物超级),导致轴肩圆角应力集中,在旋转弯曲力矩的作用下产生疲劳开裂,最终导致了电机轴的断裂。此外,风机皮带张紧力偏大(大于皮带厂家建议值),增大了电机轴的负荷,是电机轴发生断裂的促成因素。综上所述,电机轴断裂是多个因素叠加的结果。

 


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关键词:高压电机

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