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    近年来，内燃机车牵引电机轴在运用、检修中断裂的事故时有发生。随着我国铁路提速和重载，牵引电机轴受到交变和循环应力的增大，可靠性面临着挑战，这对设计制造与安装维护方面提出了更高更严格更全面的技术和工艺要求，以确保机车运行的安全性。

    目前由于受到客观条件的限制和制约，机务段、电机修理厂在电机承修中无法改变电机的原设计。本文通过对实际案例的分析，从消除裂纹的源头着手，提出了针对性的防范措施，通过使用豪克能镜面加工设备，对预防牵引电机轴断裂并延长其使用寿命具有一定的借鉴和实际应用价值。

牵引电机轴断裂失效分析
1． 1 断口失效分析
2011 年11 月18 日，牡丹江机务段DF8 型0125 号机车中修2 次，解体时发现第6 牵引电机轴断裂。该电机编号: 0079240，转子编号: 3144，走行287 030 km。如图1 所示。

2012 年08 月10 日，三棵树机务段DF4D 型385 号机车运行中机车发生接地、过流故障，解锁后重试发现第5 牵引电机电流超大，甩除第5 牵引电机后正常。回段检查发现第5 牵引电机轴断裂。该电机编号: 0089260，转子编号: 2145，中修后走行216 050 km。如图2 所示。

上述电机轴断口都具有以下特点: 属于疲劳断裂，裂纹源产生于轴表面，属高周疲劳。从疲劳断口上可观察到3 个区域。

( 1) 疲劳源区。疲劳裂纹的萌生区通常是由多个疲劳裂纹萌生点扩散并相遇而形成的区域。
该区由于裂纹扩展缓慢以及反复张开闭合效应，引起断口表面磨损而有光亮和细晶的表面结构。这个区域在整个疲劳断口中所占的比例很小。由于疲劳断裂对表面缺陷非常敏感，因此，这些疲劳源区常在金属构件的表面。

( 2) 疲劳裂纹扩展区。疲劳裂纹扩展区是疲劳裂纹的亚临界扩展区，是疲劳断口上最重要的特征区域。当疲劳载荷中有压应力时，可使已开裂的断面相互摩擦而发亮; 当运行过程中有反复开机、停机动作时，可有贝纹线出现。由于载荷的变化、材料中的缺陷以及残余应力的再分配等因素的作用，裂纹在扩展过程中会不断改变扩展方向并形成二次台阶、线痕及弧线。

( 3) 瞬时断裂区。即快速静断区。当疲劳裂纹扩展到一定程度时，构件的有效承载面承受不了当时的载荷而发生快速断裂。断口平面基本与主应力方向垂直，粗糙的晶粒状脆断或呈放射线状。
电机轴断裂部位是在电机轴退刀槽处，如图3所示。在弯曲或扭转载荷作用下，零部件上的最大应力发生在表面，所以裂纹源一般在表面或亚表面。在工作应力高或存在大的应力集中的情况下，在退刀槽处可能形成几个裂纹源。

切削加工缺陷对失效性能的影响
    常见金属零件切削加工缺陷: 表面粗糙、深沟痕、鳞片毛刺、加工半径过小、加工精度不符合要求、表面机械损伤、切削变形及裂纹。

( 1) 切削裂纹的影响。电机轴表面因切削加工不当产生的异常纹理实质上是许许多多微小裂纹，在应力作用下成为疲劳源而扩展，大大降低电机轴的疲劳寿命，其寿命仅为正常纹理的1 /4。

( 2) 表面粗糙度的影响。表面粗糙度对钢制零件的疲劳强度影响较大。一般地说，表面微观平面度的凹痕越深，谷底曲率半径越小，则应力集中越严重，零件疲劳损坏的可能性越大，疲劳极限就越低。

( 3) 刀痕、深沟痕及鳞片状毛剌的影响。刀痕、深沟痕及鳞片状毛剌将成为应力集中源，导致疲劳断裂。

( 4) 加工半径过小的影响。加工半径过小，引起局部应力集中，易产生微裂纹，并扩展成疲劳裂纹，导致疲劳断裂。

( 5) 加工精度不符合要求的影响。加工精度不符合要求将直接影响电机轴工作时的应力状态分布，降低其抗失效性能。

断裂部位的表面加工处理分析
通过对牵引电机轴断裂过程的分析，表明对轴表面加工处理能有效地控制疲劳裂纹的产生，从而达到延长电机轴使用寿命的目的。

2．1 试验过程
试验工件为ZQDＲ-480 牵引电机轴。
( 1) 先进行轴头应力测试，如图4 所示，测点选两点1 和2，测试结果见表1。
( 2) 样件的表面硬度测试，选取3 点，测试结果见表2。
( 3) 用HKUSM30 系列豪克能金属表面加工设备在车床上进行预置压应力、降低表面粗糙度处理。
( 4) 用HKUSM30 系列豪克能金属表面加工设备对Ｒ 圆弧处进行处理，使该处圆滑过渡，降低应力集中系数。
( 5) 样件豪克能表面加工后的应力测试，测点选两点1'和2'，测试结果见表1。
( 6) 样件豪克能表面加工后的表面硬度测试，选取3 点，测试结果见表2。
( 7) 样件处理前、后的表面粗糙度测试结果:处理前为Ｒa0. 4，处理后为Ra0. 05。

2．2 数据分析
表1 中ε1、ε2、ε3是3 个方向的应变，ε1设定为圆周方向，ε3就自动为平行轴向; σ1，σ2是平面上两个相互垂直的主应力，正数表示拉应力，负数表示压应力; θ 是夹角，表示σ1相对于ε1间夹角，正的为顺时针，负的为逆时针。

2．3 加工前后的表面对比
本次试验只对退刀槽处局部区域进行了表面加工处理，加工前、后的表面对比如图5 所示。

2．4 试验结果分析
( 1) 通过豪克能金属表面加工处理后，拉应力彻底消除并预置一定数值压应力，可以降低交变载荷幅值，因而能够大幅度提高工件的疲劳寿命。
( 2) 通过豪克能金属镜面加工处理后，表面粗糙度大幅降低，可以大幅降低应力集中系数，因而能够提高工件的疲劳寿命。
( 3) 豪克能金属表面加工属于物理加工，没有温度和化学变化，不会对工件机体发生改变，通过硬度测试可以看出机体硬度几乎没有变化。

牵引电机轴断裂的防止措施
( 1) 对电机轴退刀槽表面进行加工处理，将产生裂纹源的切削加工缺陷消除掉，同时将疲劳裂纹初期所形成的长度为数微米的探伤无法发现的裂纹源消除掉。

( 2) 在表面处加工处理时，使用高精度数控机床和特制磨具。利用金属在常温状态下塑性特点，运用豪克能对金属零件表面进行无研磨剂的研磨、强化和微小形变处理，使金属零件表面达到理想的表面粗糙度要求，提高零件表面的显微硬度、疲劳强度和疲劳寿命。

( 3) 加工完毕后工件表面拉应力转变为压应力，提高疲劳强度和疲劳寿命。

( 4) 可使用荧光磁粉探伤机床进行探伤，将电机上的磁场消除掉，更有利于磁粉探伤。也可使用环形磁粉探伤器用湿法连续法探伤。在加工处理前进行探伤，加工处理后进行复探。