关于电动机轴疲劳断裂的分析

GXF360 2019-11-06

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电动机轴的主要作用是支承电动机转子旋转，传递转矩，其性能直接影响到电动机的使用寿命。空调系统中因电动机轴断裂导致电动机传动失效，造成出风系统异常，严重影响客户使用效果，破坏品牌形象。因此，必须对电动机轴断裂性质和原因进行分析，提前采取改善措施。

据2006年水质监测资料统计分析，秦淮河干流各条支流和圩内沟河水质都在Ⅳ类以上，其中劣Ⅴ类水质的河道长度约占流域河道总长的30%。造成水质污染的污染源有点污染和面污染两个方面，点污染有4个重点地区，即南京市主城区、江宁、溧水、句容3个区（县、市）所在地的居民生活和工业生产排出的污水；面污染是流域内100多万亩农田使用的化肥、农药和乡村工业产生的污水。

该款电动机轴是使用45热轧钢，原材料是正火状态，其强度、刚度、韧性能满足一般电动机轴的使用需求。实验室在对电动机进行1.2倍额定负载试验时，发现其中一台电动机轴在退刀槽位置断裂。为了寻找断裂原因，本文通过对轴承力学强度校核以及化学成分、材料硬度、金相组织检测等，并结合对失效电动机轴断口的宏观和微观分析，最终确定断裂失效的主要原因。

1. 电动机轴承力学强度校核

标准电动机的使用是根据轴承使用寿命进行选型，在设计阶段已进行强度校核。当出现过载的情况时，电动机轴端受到的力远超过该电动机允许的最大负载力，则会发生断裂。根据试验情况，此次断裂轴承的实际负载为额定负载的1.2倍，而0.75kW的电动机设计允许负载为额定负载的2.3倍。同时核实各退刀槽倒角、槽宽及槽深均符合JB/ZQ4238—2006的要求。故本文认为电动机轴断裂非设计选型不足导致的过载断裂。

2. 材料成分测试

故障件材料化学成分分析如表1所示，符合45钢化学成分标准要求。

3. 硬度测试

45钢正火状态的硬度一般≤229HBW。取失效件和正常件退刀槽位置同一圆周测试6个硬度值。由测试数据可知，断裂电动机轴最小硬度值179.1HV，最大硬度值199.6HV，相对未断裂电动机轴，其硬度不均匀。

4. 宏观断口分析

电动机轴断裂在退刀槽位置，如图1、图2所示。退刀槽位置未发现有机加工裂纹。使用30倍放大镜观察断面，可见颜色明暗层次不同的区域，断口边沿位置有较多放射棱线，整个区域比较光亮、平滑，属于多个疲劳源区；中间偏右发白比较粗糙位置为瞬断区；源区和瞬断区之间为裂纹扩展区，且能看到疲劳台阶；属于典型的多源疲劳断口。

表1 故障件材料化学成分（质量分数）（%）

元素 Mn S P Cr Ni Cu C Si要求值 0.50~0.80 ≤0.035 ≤0.23 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.25 0.42~0.50 0.17~0.37实测值 0.64 0.0069 0.013 0.036 0.0080 0.020 0.50 0.20

表2 失效件及正常使用电动机轴硬度测试值（HV）

硬度失效件正常使用电动机轴实测值 183.6、199.6、187.5、182.4、191.5、179.1 188.2、182.5、184.2、188.6、184.7、185.0

5. 微观断口形貌分析

裂纹源位于断面边沿，在扫描电镜下可以看到清晰的摩擦痕迹以及河流样的类解理、沿晶混合形貌，如图3、图4所示。

图1 电动机轴断裂位置

图2 坏件宏观断口图

图3 失效件断面边沿类解理、沿晶混合形貌

图4 失效件断面边沿摩擦痕

裂纹扩展区域是河流样的类解理形貌，高倍下能看到疲劳条带和二次裂纹，如图5、图6所示。

文章主要是分析公路桥梁施工中的钻孔灌注桩的质量控制，首先是阐述了钻孔灌注桩施工技术，然后是举例了在实际的工程中钻孔灌注桩常出现了问题，比如断桩、缩径等，最后并对这些问题提出了质量控制的措施，还详细的分析了在整个钻孔灌注桩施工过程中的质量控制措施。如今，钻孔灌注桩技术作为公路桥梁施工的主要内容，对其整个工程的智爱玲有着很大的影响，就需要技术人员加强对其的研究，做好质量控制，提升工程整体的质量。

瞬断区是韧窝和准解理混合形貌。高倍下能看到明显的韧窝。失效件属于多源疲劳断裂，如图7、图8所示。

6. 金相分析

图5 扩展区类解理形貌

图6 扩展区二次裂纹

图7 瞬断区韧窝和准解理混合形貌

图8 瞬断区韧窝形貌

选取失效件的横向及纵向截面作为检验面，镶样经粗磨、细磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀后观察其金相组织。横向组织为状态不均匀的珠光体和网状铁素体组成，珠光体较多，属于中碳钢正火态的室温组织，如图9、图10所示。

失效件纵向组织如图11、图12所示。铁素体和珠光体呈平行交替的带状组织。原材料钢经过锻压热轧后铁素体和珠光体一般会沿着变形方向分布。根据国标GB/T13299—1991《钢的显微组织游离渗碳体、带状组织及魏氏组织评定方法》，失效件的带状组织属于C系列5级（见图13），即变形铁素体晶粒为主构成贯穿视场的铁素体-珠光体不均匀的交替带。

图9 断面中间位置横向组织（100×）

图10 断面边沿位置横向组织（100×）

图11 断面中间位置纵向组织（100×）

图12 断面电动机轴边沿位置纵向组织（100×）

图13 C系利带状组织评级图（5级）

未断电动机轴横向组织为状态均匀的珠光体和网状铁素体组成，视场中铁素体较多，无马氏体、回火索氏体等组织，属中碳钢正火态组织，如图14、图15所示。其纵向组织铁素体聚集，沿变形方向取向，带状组织并不明显，如图16、图17所示；按照国标GB/T13299—1991处于C系列1级（见图18）。

按照《国务院关于批转财政部权责发生制政府综合财务报告制度改革方案的通知》和《预算法》提出按年度编制以权责发生制为基础的政府综合财务报告的要求，财政部于2017年10月印发了《关于印发〈政府会计制度——行政事业单位会计科目和报表〉的通知》，要求行政事业单位于2019年1月开始施行，并且规定执行《政府会计制度》的单位，不再执行行业会计制度。因此，高等学校执行《政府会计制度》势在必行。鉴于此，笔者从《政府会计制度》的创新入手，提出高等学校在应用《政府会计制度》过程中应注意和解决的问题。

图14 电动机轴中心位置横向组织（100×）

图15 电动机轴外边沿横向组织（100×）

图16 电动机轴中心位置纵向组织（100×）

图17 电动机轴外边沿位置纵向组织（100×）

图18 C系利带状组织评级图（1级）

失效件与正常使用电动机轴的室温组织对比如表3所示。原材料热锻时温度在铁素体和奥氏体两相区，铁素体沿金属流动方向直接从奥氏体中成带状析出，而未分解的奥氏体也被分割成带状，转化为带状珠光体。故障件的带状珠光体比较多。此类偏析可以通过正火处理完全消除。失效件室温组织评级更高，带状组织更明显，属正火处理不完全导致组织异常。

检测血清中总胆固醇(CHO)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、空腹血糖(FBG)、血红蛋白(Hb)。CHO、TG、HDL-C、LDL-C、FBG采用氧化酶法,仪器为日本奥林巴斯AU400,试剂为奥林巴斯配套试剂;Hb采用氰化物法,仪器为日本希斯美康KX-21N,试剂为希斯美康配套试剂。

带状组织的出现会导致材料力学性能呈现方向性，顺着带状方向的强度、塑性、韧性较高，垂直带状方向的强度、塑性、韧性下降，同时使工件硬度不均匀。