某型电机是叉车行走电机，出厂前做行走测试时电机轴断裂。为找出断裂原因，给改善产品质量提供依据，需做失效分析。图1为送检的断轴； 图2 是与断轴同批次生产，未使用的新轴，做失效分析对比用。 为后面叙述方便，在图1中标出断口位置，断口左边的部分标为“前段”，断口右边的部分用“后段”表示；在图2中，将断裂处的R用“根圆”标示，电机轴有3处轴承配合表面，分别用S1～S3标示。

 

2  检查分析
2.1  外观检查

 

2.2  显微检查

 

2.2  硬度试验

 

2.3  金相检查

 

2.4  SEM分析

 

 

2.5  化学成分分析

 

 

3  理论分析
如图22所示，电机轴是竖直放置，正常工作过程中，主要受扭转力的作用。如果工作过程中，输出端的轴承有穿动现象，那么轴在轴承配合表面容易磨损或变形。轴材料硬度越低，磨损和变形加剧。轴承配合间隙随之增大，轴承套与轴S1表面配合松动，振动加速度变大，当齿轮啮合时，会产生一定间隔的较大冲击力F。如果以电机轴轴心为圆心，圆心到齿轮啮合位置为半径画圆，那么齿轮啮合产生的冲击力主要沿圆周方向，与半径相切。参考装配图，S2轴承承载部分通过螺栓联接，与大减速齿轮实际成为一个整体。假设S2表面到齿轮啮合处距离为L，那么冲击力对轴S2的扭矩M=F*L，F越大，M也越大。
断裂部位在轴与轴肩过渡处，此位置直径发生突变。实际根圆半径太小，圆角与直边接点不相切，应力集中程度大，容易开裂。材料强度和疲劳强度越低，开裂趋势越大。

 

4  结论
电机轴输出端轴承穿动，导致轴表面扭转力随齿轮啮合节拍增大，在薄弱的轴与轴肩过渡圆角接点处引发电机轴低周扭转疲劳断裂。轴表面抗压、抗磨损能力越低，轴与轴肩过渡圆角越小，圆角附近加工越粗糙，以及轴材料抗疲劳强度越低，轴疲劳寿命也越低。