断轴是电动机产品不时出现的质量问题,而且更多的发生在大规格电机上,故障的特征表现为断裂位置的规律性,即轴伸根部、轴承位根部及焊接轴的焊缝端部。
从电机轴的特点分析,缘于电机本身的构架要求,轴承位、轴伸位、铁芯位、风扇位,以及绕线式转子电机集电环位,是比较关键的安装尺寸,又因为配合零部件的尺寸特点,不同的安装部位直径存在较大的差异,电机越大,绝对差异性也就越大。
按照常规轴的加工特点,采用圆钢作为加工坯料,而对于大多的低压大功率和高压电机,则会在转子的铁芯位通过焊接方式获取较大的直径要求,所焊接的部分,有的直接采用直径相对较小的圆钢,而有的则采用适宜厚度的钢板,但无论何种方式,均采用焊接工艺将两者进行连接。
不同位置不同直径的要求,以及加工工艺性,决定了轴的台阶式特点,特别是直径变化较大时,该位置将成为电机运行过程中的薄弱环节,而电机轴承位、轴伸位及焊接轴的焊缝端面恰恰都具备这个特点,特别是焊接轴,具有机加工应力的同时还有很严重的焊接应力问题。
鉴于以上分析,如何能通过必要的方式削弱这些不良影响,则是电机生产加工过程中的质量控制重点。
对于小型电机及普通工况的电机,不需要太多的考虑,而对于高转速、冲击负载及正反转等特点的电机,则需要从设计和工艺环节进行必要的控制,必要时通过材质的选择、尺寸逐步过渡、特殊的工艺处置等进行综合考量。
对于有安装要求的部位,为了保证配合零部件能安装到位,并保证加工过程配合面能加工到位,设计环节都会通过越程槽的方式,这是一种安装要求,同时也是一种加工要求,但从实际断轴故障案例分析,故障电机轴台阶位置槽的加工非常随意,严重者完全是一个“V”字形,这也为断轴故障发生埋下了祸根。
对于该类问题,规范电机生产厂家的处置非常到位,越程槽深度及型式都非常好,特别是对于台阶根部的加工,以不干预配合零部件为原则,采用过渡圆角的方式,一方面增加了加工零部件的工业美感,另一方面有效减小了该处的加工应力。
焊接,对于任何零部件都会形成应力,焊缝的选择、被焊接零部件的对接关系、焊接前及焊接过程中坯料温度的控制,以及焊接完成后应力的削弱等,都是非常关键的要素。从实际的故障案例发现,断裂的方式有两种,比较多的是横向断裂,也有的是沿焊缝形成的纵向断裂。为了规避该问题的发生,焊接工艺已成为不少电机生产厂家的关键和重点工艺,也有的电机厂家交由专业的焊接企业进行加工,并通过必要的检测方法对轴的质量特性进行检测。
对于一些特殊的工况,如风机负载、类似破碎设备的冲击性负载,以及皮带轮传动、安装不同轴等问题,都会导致电机轴在运行中受到弯矩作用,在轴的薄弱环节,特别是轴本身有加工缺陷时,更容易出现断轴质量问题。
对于径向负荷较大的场合,电机的驱动端尽力选择圆柱滚子轴承,由此可以避免由于轴承散架问题导致的断轴质量问题。
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