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电机断轴引“争端”!厂家、客户谁之过?电机断轴、窜轴解决办法!

2022-03-30 来源: 阅读量:1

导读:客户使用的一台电机发生断轴,电机厂家的服务人员与客户因责任问题争的不可开交,电机企业领导发话,先帮客户换新机,责任问题再谈。轴是电机产品与被拖动设备对接的关键
        客户使用的一台电机发生断轴,电机厂家的服务人员与客户因责任问题争的不可开交,电机企业领导发话,先帮客户换新机,责任问题再谈。轴是电机产品与被拖动设备对接的关键,并承载着电动机动能转换的重任。在电机使用过程中,总会有一些断轴的故障案例发生。

 

       轴的断裂部位基本会在轴伸根部、驱动端轴承位根部,以及焊接轴的幅板端部位置。本文提供几个案例,大家可以发表自己的观点,也可以从中汲取一些经验和教训


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01
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       从理论分析着手,应从轴的直径控制出发,尽力避免出现直径突变,采取的措施一方面在于设计尺寸的选择,另一方面在于加工工艺的保证,即通过应力消除的措施避免该类问题的发生。
       对于特殊用途的电机,应对轴采用特殊材料,必要时通过锻造或车削方式的改进达成轴直径尺寸的平稳变化,这样就减少了轴上的台阶,有效减少了应力问题。
       对于焊接轴,我们可以通过焊接工艺控制及必要的应力消除措施预防该类问题的发生。

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       对于电动机产品,轴归属于转子部分,是一个旋转体,物理空间的相对保证很关键,这就涉及到电机定子部分的机座、铁芯、端盖的径向尺寸控制,以及轴承的选择和安装。定转子不同心时,很容易出现单边磁拉力不均匀问题,直接导致电机振动和低频电磁声,严重时出现扫膛问题;鉴于轴承对于转子轴向和径向的限位,单边磁拉力不均匀时,转轴自然会受到径向力作用,加剧轴发生断裂问题。

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      如果条件允许的情况下,特别是对于大功率电机,不建议采用皮带传动,因为相对于联轴器传动,该传动增加了轴的弯矩。必要时需对电机轴以及轴承系统进行必要的改进。
       曾有一家破碎加工企业,设备与电机采用皮带轮传动,但不时就会发生断轴的质量故障,针对该问题,电机厂家通过对轴的质量改进,并将原来的深沟球轴承调整为圆柱滚子轴承,该类问题得到了较好控制。与同样外形尺寸的深沟球轴承相比,圆柱滚子轴承为线接触,而球轴承是点接触,线接触的承载能力当然大;其次圆柱滚子轴承的滚动体数量比深沟球多,承载能力当然大。
       对于电机的传动,特别是野外的施工,缘于安装基准客观上存在的一些实际问题,在电机安装及使用期间应进行特别关注。
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       对于该类问题,当问题发生时,无论是电机制造厂家还是使用客户,都应该基于数据进行客观的分析和改进,特别是对于有规律可循的问题,解决起来要相对容易一些。

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延伸阅读:电机断轴原因归纳!电机断轴、窜轴解决办法

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断  轴

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电机断轴发生在轴伸根部和轴伸端轴承位根部位置的情况居多
       如果电机出现了轴断裂现象,应对轴断裂面进行宏观观察和微观分析,找出断口裂纹源位置及原因所在,从根本上使问题得到抑制。

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       轴断裂面处于轴上轴承安装处的过渡圆角区域(轴承安装根部)。如果断口表面齐整并与轴向垂直,无缩颈和塑性变形痕径。断口疲劳条带明显,从外圆向中心延伸,最终瞬断区面积小于轴截面积的 15%。

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       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。

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电机轴断裂的原因归纳

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电机轴断裂是多个因素叠加的结果。本文列举几种最常见的原因:
1、制造潜在质量问题。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生产加工过程中存在缺陷,如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。

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2、安装问题。如果采用皮带轮传动,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。采用联轴器安装的电机,如果不能保证电机与设备轴线的同轴度,同样会导致轴疲劳断裂。

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3、幅板轴断裂。排除安装因素外,幅板轴常会在幅板焊接位置出现不规则裂纹,大多数电机生产厂家通过退火工艺、并在幅板与主轴连接的两端,通过加工应力槽的方式解决该类轴的断轴问题。

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窜  轴

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       无论什么电机在什么时候都不应该窜轴,稍微有一点活动量,对电机本身影响不大,窜动量大到一定程度,就会有电流增加,电机温度升高,机械冲击加大,还可能影响其他设备等具体问题。

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导致电机窜轴的原因分析
1、机械中心与磁场中心不一致。电动机在运行时,其转子将定位于磁场中心,而转子主轴与两轴承间有一个机械中心(即电机转子两端轴肩与轴承间间距相等的位置)。这两个中心可能存在不一致,安装时如果以机械中心为基准来调整轴肩间距,当电机启动后,转子将自动定位于磁场中心,电机轴的轴向窜动,将破坏原安装时调整好的轴向间距。当这个偏差不大时,对于齿轮式联轴器,可以由内外齿轮套的预留轴向间隙补偿;如果超过了联轴器预留轴向间隙时,则联轴器及被传动轴将受到一个轴向外加力,造成部件的端面摩擦,产生发热等有害影响。

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2、对于滑动轴承电机,转动轴系按联轴器找中心时出现误差。轴在轴承中不对中的偏差会对轴承增加很大的附加力矩,由于电机转子能在一定范围内沿轴向来回游动,轴系中心不正时,联轴器会产生固定方向的轴向分力,使转子在轴向分力的作用下克服磁场力向一侧推动,导致电机转子挡油肩胛与轴承外侧巴氏合金发生动静摩擦。

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3、电机转子两端的扬度不符合要求。电机转子两端轴颈扬度不合理,会引起电机转子在自身重力轴向分力的作用下克服磁场力向扬度小的一端滑动。因此,电机轴两端扬度合理是消除轴向分力的关键。

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       转子由于自重作用存在静挠度,这就表现为转子水平放置时两端或者说轴颈会向上扬起。用精密水平仪测得的这个扬起值习惯上叫转子扬度。

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       鉴于电机窜轴的各种原因,在电机设计、制造和安装过程中应规避问题,在实际过程中通过一些必要的手段抑制和预防问题的发生也很关键。

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       轴与转子的配合选择过盈配合。如果因配合问题出现窜动,大多数是由于轴的加工尺寸出现问题,因为转子轴孔内径由冲模决定,理论上不会出现太大问题。
       轴承两端的波形弹垫没有安装,或波形弹垫质量存在问题。有的电机使用工况,对轴的窜动量要求相对严格,电机制造厂家通过增加波形弹垫的方式解决问题,也有的厂家对于采用密封轴承的小电机在端盖上增加了止动挡圈。

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