故障 | 电机断轴、窜轴分析及解决办法

来源 | 上海电机展览会

断轴

电机断轴发生在轴伸根部和轴伸端轴承位根部位置的情况居多。

如果电机出现了轴断裂现象，应对轴断裂面进行宏观观察和微观分析，找出断口裂纹源位置及原因所在，从根本上使问题得到抑制。

轴断裂面处于轴上轴承安装处的过渡圆角区域（轴承安装根部）。如果断口表面齐整并与轴向垂直，无缩颈和塑性变形痕径。断口疲劳条带明显，从外圆向中心延伸，最终瞬断区面积小于轴截面积的 15%。

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。

电机轴断裂的原因归纳

电机轴断裂是多个因素叠加的结果。本文列举几种最常见的原因：

1、制造潜在质量问题。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生产加工过程中存在缺陷，如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。

2、安装问题。如果采用皮带轮传动，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。采用联轴器安装的电机，如果不能保证电机与设备轴线的同轴度，同样会导致轴疲劳断裂。

3、幅板轴断裂。排除安装因素外，幅板轴常会在幅板焊接位置出现不规则裂纹，大多数电机生产厂家通过退火工艺、并在幅板与主轴连接的两端，通过加工应力槽的方式解决该类轴的断轴问题。

窜轴

无论什么电机在什么时候都不应该窜轴，稍微有一点活动量，对电机本身影响不大，窜动量大到一定程度，就会有电流增加，电机温度升高，机械冲击加大，还可能影响其他设备等具体问题。

导致电机窜轴的原因分析

1、机械中心与磁场中心不一致。电动机在运行时，其转子将定位于磁场中心，而转子主轴与两轴承间有一个机械中心（即电机转子两端轴肩与轴承间间距相等的位置）。这两个中心可能存在不一致，安装时如果以机械中心为基准来调整轴肩间距，当电机启动后，转子将自动定位于磁场中心，电机轴的轴向窜动，将破坏原安装时调整好的轴向间距。当这个偏差不大时，对于齿轮式联轴器，可以由内外齿轮套的预留轴向间隙补偿；如果超过了联轴器预留轴向间隙时，则联轴器及被传动轴将受到一个轴向外加力，造成部件的端面摩擦，产生发热等有害影响。

2、对于滑动轴承电机，转动轴系按联轴器找中心时出现误差。轴在轴承中不对中的偏差会对轴承增加很大的附加力矩，由于电机转子能在一定范围内沿轴向来回游动，轴系中心不正时，联轴器会产生固定方向的轴向分力，使转子在轴向分力的作用下克服磁场力向一侧推动，导致电机转子挡油肩胛与轴承外侧巴氏合金发生动静摩擦。

3、电机转子两端的扬度不符合要求。电机转子两端轴颈扬度不合理，会引起电机转子在自身重力轴向分力的作用下克服磁场力向扬度小的一端滑动。因此，电机轴两端扬度合理是消除轴向分力的关键。

转子由于自重作用存在静挠度，这就表现为转子水平放置时两端或者说轴颈会向上扬起。用精密水平仪测得的这个扬起值习惯上叫转子扬度。

鉴于电机窜轴的各种原因，在电机设计、制造和安装过程中应规避问题，在实际过程中通过一些必要的手段抑制和预防问题的发生也很关键。

●  轴与转子的配合选择过盈配合。如果因配合问题出现窜动，大多数是由于轴的加工尺寸出现问题，因为转子轴孔内径由冲模决定，理论上不会出现太大问题。

● 轴承两端的波形弹垫没有安装，或波形弹垫质量存在问题。有的电机使用工况，对轴的窜动量要求相对严格，电机制造厂家通过增加波形弹垫的方式解决问题，也有的厂家对于采用密封轴承的小电机在端盖上增加了止动挡圈。

● 风扇产生的轴向力，即电机运行时风对风扇叶的轴向力，但由此导致的窜动量非常小。

● 轴承与端盖配合选择不合适，或是由于加工质量问题导致两者配合出现较大的间隙。