谈谈关于高压电机轴断裂根本原因分析

　　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迭加的结果。