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電機斷軸、竄軸分析及解決辦法
發布時間: 2024-06-14 16:18 更新時間: 2024-11-23 08:00
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電機在使用過程中,常遇見斷軸現象,這對客戶或生產廠家都造成很大的麻煩和不便。如果電機出現了軸斷裂現象,應對軸斷裂面進行宏觀觀察和微觀分析,找出斷口裂紋源位置及原因所在,從根本上使問題得到抑制。
軸斷裂面處于軸上軸承安裝處的過渡圓角區域(軸承安裝根部)。如果斷口表面齊整并與軸向垂直,無縮頸和塑性變形痕徑。斷口疲勞條帶明顯,從外圓向中心延伸,Zui終瞬斷區面積小于軸截面積的 15%。
電機軸力學計算分析由于電機軸為階梯軸,不同階梯截面處承受的力矩和應力是不同的。電機運行時軸受到彎扭力矩的共同作用,如果某一階梯截面承受應力過大,則可能Zui先在階梯截面過渡圓弧處萌發裂紋和發生斷裂,因此找出電機軸受力危險截面,對判斷軸斷裂原因有重要作用。
不同的位置、不同的斷裂紋路會有不同的原因。電機軸斷裂是多個因素疊加的結果。下面列舉幾種Zui常見的原因:
電機與所拖動的設備不同心,致使電機承受了過大的徑向載荷,Zui終導致金屬疲勞。當電機軸伸端所承受的徑向負載太大時,就會造成電機軸在徑向上有彎曲變形。電機旋轉時,軸的各個方向承受扭力而變形,Zui終導致電機軸折斷,斷裂位置一般在靠近軸承的地方。
對于采用皮帶輪聯接的電機,但有的客戶給電機輸出軸配皮帶輪時,由于帶輪太重或皮帶安裝太緊,都會導致電機在運轉過程中,電機輸出軸持續受變應力作用,這種應力對軸產生彎矩Zui大值在輸出軸軸承支點附近,反復沖擊引起疲勞,使軸逐漸產生裂紋,Zui終完全斷裂。
如電機固定不牢固,如在機架上運行,整個基礎不穩定,運行中晃動,從而造成電機皮帶拉力不穩定,拉力時大時而造成軸的損壞
該問題多出現在大規格電機幅板軸的情形,發生位置大多集中在幅板端部與主體軸相結合的位置,軸斷裂的紋路不規則,而且大多數的電機前期故障表象是掃膛,只有在后期檢查過程中才可以發現。
對于幅板軸,電機生產廠家應采取應力消除措施,有的廠家采用超聲波方式、有的廠家則采取退火工藝,但Zui終的目的都是為了消除應力。
電機軸斷裂形式屬于低應力旋轉彎曲疲勞斷裂,其根本原因為電機軸生產加工過程中存在缺陷,如軸肩過渡圓角無工藝控制要求、焊后未進行熱處理、堆焊層夾雜物超級,導致軸肩圓角應力集中,在旋轉彎曲力矩的作用下產生疲勞開裂,Zui終導致了電機軸的斷裂。
無論什么電機在什么時候都不應該竄軸,稍微有一點活動量,對電機本身影響不大,竄動量大到一定程度,就會有電流增加,電機溫度升高,機械沖擊加大,還可能影響其他設備。
1、機械中心與磁場中心不一致。電動機在運行時,其轉子將定位于磁場中心,而轉子主軸與兩軸承間有一個機械中心(即電機轉子兩端軸肩與軸承間間距相等的位置)。這兩個中心可能存在不一致,安裝時如果以機械中心為基準來調整軸肩間距,當電機啟動后,轉子將自動定位于磁場中心,電機軸的軸向竄動,將破壞原安裝時調整好的軸向間距。當這個偏差不大時,對于齒輪式聯軸器,可以由內外齒輪套的預留軸向間隙補償;如果超過了聯軸器預留軸向間隙時,則聯軸器及被傳動軸將受到一個軸向外加力,造成部件的端面摩擦,產生發熱等有害影響。
2、對于滑動軸承電機,轉動軸系按聯軸器找中心時出現誤差。軸在軸承中不對中的偏差會對軸承增加很大的附加力矩,由于電機轉子能在一定范圍內沿軸向來回游動,軸系中心不正時,聯軸器會產生固定方向的軸向分力,使轉子在軸向分力的作用下克服磁場力向一側推動,導致電機轉子擋油肩胛與軸承外側巴氏合金發生動靜摩擦。
3、電機轉子兩端的揚度不符合要求。電機轉子兩端軸頸揚度不合理,會引起電機轉子在自身重力軸向分力的作用下克服磁場力向揚度小的一端滑動。因此,電機軸兩端揚度合理是消除軸向分力的關鍵。轉子由于自重作用存在靜撓度,這就表現為轉子水平放置時兩端或者說軸頸會向上揚起。用精密水平儀測得的這個揚起值習慣上叫轉子揚度。鑒于電機竄軸的各種原因,在電機設計、制造和安裝過程中應規避問題,在實際過程中通過一些必要的手段抑制和預防問題的發生也很關鍵?!?軸與轉子的配合選擇過盈配合。如果因配合問題出現竄動,大多數是由于軸的加工尺寸出現問題,因為轉子軸孔內徑由沖模決定,理論上不會出現太大問題?!?軸承兩端的波形彈墊沒有安裝,或波形彈墊質量存在問題。有的電機使用工況,對軸的竄動量要求相對嚴格,電機制造廠家通過增加波形彈墊的方式解決問題,也有的廠家對于采用密封軸承的小電機在端蓋上增加了止動擋圈?!?風扇產生的軸向力,即電機運行時風對風扇葉的軸向力,但由此導致的竄動量非常小?!?軸承與端蓋配合選擇不合適,或是由于加工質量問題導致兩者配合出現較大的間隙
軸斷裂面處于軸上軸承安裝處的過渡圓角區域(軸承安裝根部)。如果斷口表面齊整并與軸向垂直,無縮頸和塑性變形痕徑。斷口疲勞條帶明顯,從外圓向中心延伸,Zui終瞬斷區面積小于軸截面積的 15%。
電機軸力學計算分析由于電機軸為階梯軸,不同階梯截面處承受的力矩和應力是不同的。電機運行時軸受到彎扭力矩的共同作用,如果某一階梯截面承受應力過大,則可能Zui先在階梯截面過渡圓弧處萌發裂紋和發生斷裂,因此找出電機軸受力危險截面,對判斷軸斷裂原因有重要作用。
不同的位置、不同的斷裂紋路會有不同的原因。電機軸斷裂是多個因素疊加的結果。下面列舉幾種Zui常見的原因:
裝配不當
電機與所拖動的設備不同心,致使電機承受了過大的徑向載荷,Zui終導致金屬疲勞。當電機軸伸端所承受的徑向負載太大時,就會造成電機軸在徑向上有彎曲變形。電機旋轉時,軸的各個方向承受扭力而變形,Zui終導致電機軸折斷,斷裂位置一般在靠近軸承的地方。
對于采用皮帶輪聯接的電機,但有的客戶給電機輸出軸配皮帶輪時,由于帶輪太重或皮帶安裝太緊,都會導致電機在運轉過程中,電機輸出軸持續受變應力作用,這種應力對軸產生彎矩Zui大值在輸出軸軸承支點附近,反復沖擊引起疲勞,使軸逐漸產生裂紋,Zui終完全斷裂。
運行中設備與電機振動過大
如電機固定不牢固,如在機架上運行,整個基礎不穩定,運行中晃動,從而造成電機皮帶拉力不穩定,拉力時大時而造成軸的損壞
幅板軸焊接后應力未得到釋放
該問題多出現在大規格電機幅板軸的情形,發生位置大多集中在幅板端部與主體軸相結合的位置,軸斷裂的紋路不規則,而且大多數的電機前期故障表象是掃膛,只有在后期檢查過程中才可以發現。
對于幅板軸,電機生產廠家應采取應力消除措施,有的廠家采用超聲波方式、有的廠家則采取退火工藝,但Zui終的目的都是為了消除應力。
制造潛在質量問題
電機軸斷裂形式屬于低應力旋轉彎曲疲勞斷裂,其根本原因為電機軸生產加工過程中存在缺陷,如軸肩過渡圓角無工藝控制要求、焊后未進行熱處理、堆焊層夾雜物超級,導致軸肩圓角應力集中,在旋轉彎曲力矩的作用下產生疲勞開裂,Zui終導致了電機軸的斷裂。
竄軸
無論什么電機在什么時候都不應該竄軸,稍微有一點活動量,對電機本身影響不大,竄動量大到一定程度,就會有電流增加,電機溫度升高,機械沖擊加大,還可能影響其他設備。
導致電機竄軸的原因分析
1、機械中心與磁場中心不一致。電動機在運行時,其轉子將定位于磁場中心,而轉子主軸與兩軸承間有一個機械中心(即電機轉子兩端軸肩與軸承間間距相等的位置)。這兩個中心可能存在不一致,安裝時如果以機械中心為基準來調整軸肩間距,當電機啟動后,轉子將自動定位于磁場中心,電機軸的軸向竄動,將破壞原安裝時調整好的軸向間距。當這個偏差不大時,對于齒輪式聯軸器,可以由內外齒輪套的預留軸向間隙補償;如果超過了聯軸器預留軸向間隙時,則聯軸器及被傳動軸將受到一個軸向外加力,造成部件的端面摩擦,產生發熱等有害影響。
2、對于滑動軸承電機,轉動軸系按聯軸器找中心時出現誤差。軸在軸承中不對中的偏差會對軸承增加很大的附加力矩,由于電機轉子能在一定范圍內沿軸向來回游動,軸系中心不正時,聯軸器會產生固定方向的軸向分力,使轉子在軸向分力的作用下克服磁場力向一側推動,導致電機轉子擋油肩胛與軸承外側巴氏合金發生動靜摩擦。
3、電機轉子兩端的揚度不符合要求。電機轉子兩端軸頸揚度不合理,會引起電機轉子在自身重力軸向分力的作用下克服磁場力向揚度小的一端滑動。因此,電機軸兩端揚度合理是消除軸向分力的關鍵。轉子由于自重作用存在靜撓度,這就表現為轉子水平放置時兩端或者說軸頸會向上揚起。用精密水平儀測得的這個揚起值習慣上叫轉子揚度。鑒于電機竄軸的各種原因,在電機設計、制造和安裝過程中應規避問題,在實際過程中通過一些必要的手段抑制和預防問題的發生也很關鍵?!?軸與轉子的配合選擇過盈配合。如果因配合問題出現竄動,大多數是由于軸的加工尺寸出現問題,因為轉子軸孔內徑由沖模決定,理論上不會出現太大問題?!?軸承兩端的波形彈墊沒有安裝,或波形彈墊質量存在問題。有的電機使用工況,對軸的竄動量要求相對嚴格,電機制造廠家通過增加波形彈墊的方式解決問題,也有的廠家對于采用密封軸承的小電機在端蓋上增加了止動擋圈?!?風扇產生的軸向力,即電機運行時風對風扇葉的軸向力,但由此導致的竄動量非常小?!?軸承與端蓋配合選擇不合適,或是由于加工質量問題導致兩者配合出現較大的間隙
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