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从故障实例分析和归纳电机的断轴问题

对于电机的断轴问题,我们已进行过多次的分析的探讨,包括电机轴断裂位置、导致轴断裂的原因等。站在电机技术分析的角度,应该有设计、制造和使用环节的各种因素。

电机轴是最为典型的转轴,运行过程中既传递扭矩又承受弯矩,特别是对于皮带传动的电机,其轴承受的弯矩更大。电机运行过程中,特别是在负载不稳定状态下,轴所产生的应力为交变应力,也由此会导致其过度疲劳、磨损、失圆和严重变形等失效问题。从设计和工艺角度改善应力状况,减小应力集中问题,是预防断轴故障所必须。

电机轴又是典型的阶梯零部件,直径变化的部位是应力相对集中的部位,特别是直径的突变部位,这个问题更为严重。为了削减应力问题,要尽量避免在轴上开横向槽、打槽孔及切口。

在以前的文章中我们谈过,转轴断裂的部位一般在轴伸根部、轴承位根部和焊接轴的焊接位端部。其中,焊接轴的断裂问题控制非常重要,如何通过设计和工艺改进控制,减少该类轴的断裂问题,始终是电机技术的课题。

残余应力都集中在焊缝附近,当焊接残余应力与承载的工作应力叠加,其数值超过材料的屈服极限时,工件就会在焊缝附近产生焊接变形、断裂等现象。

焊接残余应力是焊接轴还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力,在电机运行过程中,和其他所受荷载引起的工作应力相互叠加,使其产生二次变形和残余应力的重新分布,不但会降低轴的刚度和稳定性,而且在温度和介质的共同作用下,还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。

减小轴的焊接应力,应从瞬时应力和残余应力两个方面进行控制。为了消除和减小焊接残余应力,应采取合理的焊接顺序,先焊接收缩量大的焊缝。焊接时适当降低焊件的刚度,并在焊件的适当部位局部加热,使焊缝能相对自由地收缩,以减小残余应力。高温回火是消除焊接残余应力的常用方法。整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。

焊接变形的大小与焊缝的尺寸、数量和布置有关。应从设计上合理地确定焊缝的数量、坡口形状和尺寸,并恰当地安排焊缝的位置。在工艺上采用高能量密度的焊接方法和小线能量的工艺参量。采用合理的装配、焊接顺序、反变形和刚性固定可以减少焊接变形。

焊接轴更多的时候应用于大型和高压电机,如何从设计、工艺的技术研究入手解决该类问题非常关键。


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