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某型電機是叉車行走電機，出廠前做行走測試時電機軸斷裂。為找出斷裂原因，給改善產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)，需做失效分析。圖1為送檢的斷軸； 圖2 是與斷軸同批次生產(chǎn)，未使用的新軸，做失效分析對比用。 為后面敘述方便，在圖1中標(biāo)出斷口位置，斷口左邊的部分標(biāo)為“前段”，斷口右邊的部分用“后段”表示；在圖2中，將斷裂處的R用“根圓”標(biāo)示，電機軸有3處軸承配合表面，分別用S1～S3標(biāo)示。

 

2  檢查分析
2.1  外觀檢查

 

2.2  顯微檢查

 

2.2  硬度試驗

 

2.3  金相檢查

 

2.4  SEM分析

 

 

2.5  化學(xué)成分分析

 

 

3  理論分析
如圖22所示，電機軸是豎直放置，正常工作過程中，主要受扭轉(zhuǎn)力的作用。如果工作過程中，輸出端的軸承有穿動現(xiàn)象，那么軸在軸承配合表面容易磨損或變形。軸材料硬度越低，磨損和變形加劇。軸承配合間隙隨之增大，軸承套與軸S1表面配合松動，振動加速度變大，當(dāng)齒輪嚙合時，會產(chǎn)生一定間隔的較大沖擊力F。如果以電機軸軸心為圓心，圓心到齒輪嚙合位置為半徑畫圓，那么齒輪嚙合產(chǎn)生的沖擊力主要沿圓周方向，與半徑相切。參考裝配圖，S2軸承承載部分通過螺栓聯(lián)接，與大減速齒輪實際成為一個整體。假設(shè)S2表面到齒輪嚙合處距離為L，那么沖擊力對軸S2的扭矩M=F*L，F(xiàn)越大，M也越大。
斷裂部位在軸與軸肩過渡處，此位置直徑發(fā)生突變。實際根圓半徑太小，圓角與直邊接點不相切，應(yīng)力集中程度大，容易開裂。材料強度和疲勞強度越低，開裂趨勢越大。

 

4  結(jié)論
電機軸輸出端軸承穿動，導(dǎo)致軸表面扭轉(zhuǎn)力隨齒輪嚙合節(jié)拍增大，在薄弱的軸與軸肩過渡圓角接點處引發(fā)電機軸低周扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂。軸表面抗壓、抗磨損能力越低，軸與軸肩過渡圓角越小，圓角附近加工越粗糙，以及軸材料抗疲勞強度越低，軸疲勞壽命也越低。