1000kW電機軸頸磨損與修復
2012-07-27
作者：夏永海 遲建波 魏光軒
濟南鋼鐵集團總公司中型軋鋼廠（簡稱濟鋼中型軋鋼廠）φ450mm軋機驅動用同步電動機于1970年安裝投用，外廓直徑Z大4100mm，軸長3363mm，軸承座中心距2638mm(自由端距磁力中心1599mm)，轉子自重18.5t。1999年檢修時，發現電動機自由端（非負荷端）安裝軸承軸套與電動機軸頸發生相對轉動，軸頸表面磨損比較嚴重，磨損不均勻，當時采用了過盈配合加鉆螺釘穩固使用。2002年對電動機自由端軸承座拆檢時發現，軸套與軸頸已經完全分離，間隙達1.5mm，套內表面和軸頸表面嚴重磨損，軸頸呈微錐形，直徑相差0.4mm，沿軸長90%表面上布滿凹坑、麻點，屬于嚴重磨粒磨損；回轉定位基準不準，套上軸承根本起不到良好支承作用，致使電動機運行出現振動現象。電動機轉速較低，多次檢測振動和異音并不明顯。電機轉子直徑大，拆卸運輸困難（超寬），加工難度大、時間長而檢修時間短，必須現場進行修復。
1 現場修復方法比較
1.1 過盈-焊接方法
采用過盈配合將軸套安裝軸頸上，軸套圓柱表面均勻安裝幾個徑向固定銷，銷子與軸套焊接進行穩固。該方法適用于軸頸表面平整度比較好且磨損較輕情況，修復時間短。1999年應用了此法。磨損嚴重時，如2002年拆檢時情況，軸套、軸頸之間有很多磨料，呈黑灰色，說明兩者早已產生相對轉動，固定銷磨掉形成了磨粒，上述修復方法已不適用。因軸套焊接時會受熱變形，且錐形軸頸無法保證軸套、軸頸聯接同心度，這些因素將直接影響電動機穩定運行。
1.2 抹膠粘接方法
先軸頸表面均勻涂抹泥狀鎂特鐵膠，然后加熱軸套，熱裝后依靠軸套溫度固化達到粘接要求。泥狀鎂特鐵膠粘接機械性能優異，軸套、軸頸聯接可靠，壽命長。軸頸磨損比較輕，軸套、軸頸過盈配合，使用抹膠粘接方法能確保同心度，精度高，但必須控制好過盈量、抹膠量和軸套加熱溫度。一次到位不能進行調整，特別是軸頸磨損嚴重時，成功率比較低。軸套、軸頸間隙配合，可以調整軸套、軸頸同心度，但泥狀膠流動性差，調整軸套時不能使膠充滿套、頸間隙，影響聯接性能，操作麻煩。
1.3 注膠粘接方法
采用過渡配合熱裝軸套，冷卻后調整軸套滿足同心度要求，然后注膠粘接。為利于膠體流動，套內開設螺旋槽，可使軸套、軸頸之間間隙內充滿膠體。采用此種修復方法，操作過程簡潔、易于控制，可以一次完成。比較上述三種修復方法，采用注膠粘接方法Z為合理。
2 結構膠性能指標
鎂特鐵-特制粘合劑結構膠技術參數：
抗壓強度：σy=162MPa
抗拉強度：σl=50MPa
抗彎強度：σw=77MPa
抗剪切強度：τ=32MPa
硬度：HV60
耐熱度：168℃
3 強度校驗
3.1抗拉、抗壓強度
軸套、軸頸之間充滿結構膠，電動機轉子自重作用下，軸頸上部受拉力、下部受壓力（如圖1所示）。結構膠所受拉、壓應力σ按下式計算：σ= F/DL （1）
式中 F—電動機轉子自重作用自由端分力，N；
D—軸套內徑，mm；
L—軸套長度，mm。
代入數據σ為0.85MPa。
結構膠抗拉、抗壓強度中抗拉強度Z小σl為50MPa，顯然：
σ＜[σl ]
結構膠安全可靠。
圖1 軸端安裝圖
3.2 抗剪切強度
Z嚴重情況即軸套、軸頸發生相對轉動，結構膠受剪切力作用，其剪應力τ按下式計算：
τ=kMe/3.14LD2 （2）
式中 k—電機過載系數；
Me—電機額定轉矩，N.mm。
代入數據τ為2.38MPa，結構膠抗剪切強度[τ]為32MPa，則：
τ＜［τ］
結構膠抗剪切能力安全。
3.3 結構膠耐熱性
確保潤滑條件下，支承電機軸軸承常年工作溫度不高于70℃，小于結構膠耐熱溫度。，安裝軸承時必須嚴格控制這一指標，即控制軸套外徑加工尺寸，確定合理配合精度，避免過盈量偏大、軸承加熱溫度過高破壞結構膠機械性能。
4 修復施工要求
（1）處理軸頸表面。為保證結構膠與軸頸表面結合可靠、粘接牢固，必須徹底清除軸頸表面凹坑、麻點中油泥和銹物等，露出純金屬表面。
（2）多點測量軸頸尺寸，確定軸頸基準（表面磨損均勻、沒有麻點，直徑尺寸變化較小），以此為基準尺寸按過渡配合要求加工軸套內徑。為使結構膠能夠順利充滿套頸間隙，套內距兩端30mm以內車制螺距15mm、溝槽寬3mm、深1.5mm螺旋槽，螺旋槽兩端車成環槽形成閉環。以結構膠耐熱性確定軸套與軸承過盈量。
（3）加熱軸套，熱裝至軸頸上、定位、調整，確保同軸度符合要求。
（4）注膠。軸套冷卻至30℃左右時，軸套兩端用密封材料密封，防止漏膠。軸套底部中間開孔（與螺旋槽連通）安裝注膠孔，軸套上部安裝溢膠裝置。施加一定壓力將液體結構膠注入軸套、軸頸間隙，直至溢出為止，封堵注膠孔防止漏膠。
（5）保溫固化。修復時環境溫度比較低，對結構膠固化有一定影響，故采用熱輻射方式對軸套保溫8h以上，以確保結構膠機械性能。
（6）加工軸套外徑時確定好與軸承過盈配合公差要求，熱裝滾動軸承要嚴格控制加熱溫度，軸承加熱要均勻、溫升要緩慢。多次測量軸承表面溫度和軸承內孔尺寸，確保軸承一次安裝到位。
5 使用效果
電動機運行半年以來，多次檢查，未出現任何異常現象，電機振動基本消除，完全符合運行要求，滿足了低速、重載、大扭矩工況要求，使用效果良好。采用新型粘接材料——鎂特鐵膠，配以合理施工工藝（如：注膠）對工件進行修復，時間短，強度高，修理費用低，易操作，適應性強。對軸孔、軸頸、軸承等表面磨損部位處理使用效果好，特別適用于外型尺寸大、不便拆裝和運輸加工工件修復。
來源：《山東冶金》 2003年第05期
